Глава 14. § 103. Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсатор — с. 343
§ 103. Вопрос 1. Что называют электроёмкостью двух проводников?
Электроёмкостью двух проводников называют отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов U между ними: C = q/U. Эта величина не зависит ни от заряда, ни от напряжения, а определяется формой и размерами проводников, их взаимным расположением и свойствами среды между ними. Чем больше ёмкость, тем больший заряд накапливается при том же напряжении. Единица в СИ — фарад: 1 Ф = 1 Кл/В.
§ 103. Вопрос 2. Почему понятие электроёмкости неприменимо к диэлектрикам?
Электроёмкость описывает способность проводников накапливать заряд. В проводнике заряды свободны: они перераспределяются по поверхности так, что потенциал проводника во всех точках одинаков, и поэтому отношение q/U имеет определённое значение. В диэлектрике свободных зарядов нет, внесённый заряд остаётся там, где он был сообщён, и не распределяется по телу; потенциал в разных точках диэлектрика различен. Поэтому одного значения потенциала (напряжения) у диэлектрика нет, и отношение q/U не определено.
§ 103. Вопрос 3. От чего зависит электроёмкость?
Электроёмкость зависит от геометрических размеров и формы проводников, от их взаимного расположения и от диэлектрических свойств среды между ними. Для плоского конденсатора C = ε₀εS/d: ёмкость пропорциональна площади S пластин и диэлектрической проницаемости ε и обратно пропорциональна расстоянию d между пластинами. От заряда на проводниках и от напряжения между ними ёмкость не зависит. Близость посторонних тел на ёмкость конденсатора практически не влияет, так как поле сосредоточено между обкладками.
§ 103. Вопрос 4. Как изменяется ёмкость конденсатора при наличии диэлектрика между его обкладками?
Диэлектрик ослабляет электрическое поле в конденсаторе в ε раз. При том же заряде напряжение между обкладками уменьшается в ε раз, поэтому ёмкость C = q/U возрастает в ε раз по сравнению с воздушным (вакуумным) конденсатором: C = ε₀εS/d. Здесь ε — диэлектрическая проницаемость вещества, ε > 1.
§ 103. Вопрос 5. Какие существуют типы конденсаторов?
По устройству и назначению различают: бумажные конденсаторы (две ленты алюминиевой фольги, изолированные парафинированной бумагой и свёрнутые в компактный пакет); конденсаторы переменной ёмкости (две системы металлических пластин, одна из которых вращением рукоятки входит в другую; диэлектрик — воздух; ёмкость меняется вместе с площадью перекрытия пластин); электролитические конденсаторы (диэлектрик — очень тонкая плёнка оксида на одной из обкладок, благодаря чему ёмкость очень велика). Кроме того, ёмкость в современных устройствах регулируют электронным способом.
§ 103. Вопрос 6. Какую роль выполняют конденсаторы в технике?
Конденсаторы служат для накопления электрического заряда и энергии электрического поля. Они применяются в радиотехнике (колебательные контуры, настройка приёмников, фильтры), в электронных схемах, в клавиатурах компьютеров (нажатие клавиши меняет ёмкость и вызывает сигнал), в лампах-вспышках и лазерах, где энергия, накопленная конденсаторами, отдаётся почти мгновенно при разрядке через цепь с малым сопротивлением.