1. Поняття електроємності.
Під час введення поняття електроємності можна поставити ряд дослідів, на яких треба показати неоднакову зміну потенціалів двох ізольованих провідників різного розміру в разі надання їм рівних зарядів і продемонструвати далі, що для отримання рівних потенціалів цим провідникам потрібні неоднакові заряди.
1-й дослід. За допомогою пробної кульки з електрофорної машини переносять на кожну з куль рівну кількість електрики. За показаннями електрометрів роблять висновок) що потенціал малої кулі з кожною порцією перенесеного заряду збільшувався швидше й досяг більшої величини, ніж у великої (рис. 96). Це відбувається подібно до того, як рівень рідини у вузькій циліндровій посудині підвищується швидше й досягає більшої висоти, ніж у широкій, у разі наливання в них однакової кількості рідини (рис. 97). 2-й дослід. Заряджені кулі з'єднують провідником. Із показань електрометрів видно, що потенціали куль стали рівними. Після з'єднання відбулося переміщення заряду в бік зниження потенціалу, тобто від малої кулі до великої, поки потенціали не вирівнялись. Отже, тепер на кулях заряди не рівні; у великої кулі заряд більший, ніж у малої. Це аналогічно явищу, яке відбувається під час з'єднання двох посудин із різним поперечним перерізом, у яких однакові рідини спочатку перебувають на різній висоті, а потім у разі з'єднання вирівнюються (рис. 98). Проведені досліди показують, що у кожного провідника потенціал змінюється пропорційно заряду, а відношення заряду до потенціалу для даного провідника — величина стала, залежна від його розмірів і форми, й називається електроємністю провідника. Електроємність відокремленого провідника У кожній із посудин висота змінюється пропорційно об'єму налитої рідини, але відношення об'єму рідини до висоти також є величиною сталою, що характеризує властивість посудини — її ємність — і дорівнює площі н поперечного перерізу: |
|
Отже, електроємністю відокремленого провідника ми називатимемо величину, яка дорівнює відношенню заряду, наданого провіднику, до його потенціалу.
2. Одиниці електроємності.
Одиницею електроємності в СІ є:
[С] = 1Ф
На честь англійського фізика М. Фарадея ця одиниця названа фарадом.
1 фарад — ємність провідника, у якого зміна заряду на 1 Кл викликає зміну потенціалу на 1 В.
Через те що заряд у 1 Кл дуже великий, ємність 1 Ф дуже велика. Тому на практиці часто використовують частинні одиниці:
1пФ = 10-12 Ф; 1 нФ = 10-9 Ф; 1 мкФ = 10-6 Ф і т. д.
3. Конденсатори.
Приєднавши до одного з електрометрів замість кулі металевий диск, заряджають його так само, як і в першому досліді, й іще раз спостерігають, що із збільшенням заряду на диску пропорційно збільшується також його потенціал. Далі беруть другий диск, заземляють його та, розташувавши паралельно першому, зменшують відстань між дисками. При цьому стрілка електрометра показує зменшення потенціалу (рис. 99).
Зближуючи диски до відстані, що трохи перевищує товщину наявної пластини з діелектрика, вставляють її в зазор між дисками. Електрометр знов показує ще більше зменшення потенціалу. У разі віддалення пластини потенціал відновлюється до колишньої величини.
Цей дослід показує, що електроємність залежить не тільки від розмірів і форми провідника. Вона збільшується в разі наближення іншого провідника, а також у разі збільшення діелектричної проникності середовища.
Конденсатор — два провідники, що мають рівні й протилежні за знаком заряди, причому конфігурація провідників є такою, що поле, ними створюване, зосереджене в основному між провідниками.
Конденсатор (з підручника) — це пристрій, що являє собою систему з двох провідних обкладок, розділених шаром діелектрика, товщина якого є малою порівняно з розмірами об кладок. (Найдавніший тип конденсатора — лейденську банку (рис. 7.1 в підручнику) — уперше було створено в середині XVIII ст. у голландському місті Лейден.
Електроємність конденсатора 
(з підручника) — скалярна фізична величина, яка характеризує здатність конденсатора накопичувати заряд і дорівнює відношенню значення 
заряду однієї з обкладок конденсатора до різниці потенціалів 
між цією обкладкою і сусідньою:
або 
Чим більша ємність, тим більший заряд можна помістити на обкладки конденсатора за тієї ж різниці потенціалів між ними. Значить, електроємність характеризує здатність двох провідників накопичувати електричний заряд.
Очевидно, що одиниця електроємності конденсатора в СІ збігається з одиницею електроємності відокремленого провідника — фарад (Ф).
1 Ф — це електроємність конденсатора, між обкладками якого виникає різниця потенціалів 1 В, якщо заряд на кожній із обкладок становить 1 Кл.
Плоский конденсатор | |
Поле плоского конденсатора можна розглядати як сукупність полів двох різнойменно заряджених площин (рис. 7.3). Тоді напруженість
|
рис. 7.3 (з підручника) |
Батарея плоских конденсаторів | ||
Фізична величина | Послідовне | Паралельне |
Заряд |
|
|
Напруга |
|
|
Ємність |
|
|
Запитання до учнів
1. Чи залежить електроємність відокремленого провідника від його маси й форми?
2. Чи залежить електроємність відокремленого провідника від присутності поблизу нього інших провідників?
3. Дві однакові провідні відокремлені кулі у вакуумі набули різних зарядів. Що можна сказати про потенціали куль?
4. Від чого залежить електроємність?
Задачі
1. Чи є правильним твердження: під зарядом конденсатора розуміють суму зарядів його обкладок? (Відповідь: Ні)
2. Якою є ємність конденсатора, заряд якого дорівнює 20 мКл за різниці потенціалів між обкладками 2 кВ? (Відповідь: 
)
3. Якою є різниця потенціалів між обкладками конденсатора ємністю 2000 пФ, якщо заряд конденсатора дорівнює 4 нКл? (Відповідь: 
)
4. Коли конденсатор підключили до джерела постійної напруги, одна з його обкладок набула заряду 20 нКл. Чому дорівнює: а) заряд конденсатора; б) сумарний заряд обох обкладок? (Відповідь: а) 20 нКл; б) 0.)
5. Якого заряду потрібно надати конденсатору ємністю 1 мкФ, щоб різниця потенціалів між його пластинами дорівнювала 50 В? (Відповідь: 
)
Немає коментарів:
Дописати коментар