« Fyzika - 10. ročník"
Za akých podmienok sa môže na vodičoch akumulovať veľké množstvo energie? elektrický náboj?
Pri akomkoľvek spôsobe elektrifikácie telies - pomocou trenia, elektrostatického stroja, galvanického článku atď. - sa spočiatku neutrálne telesá nabíjajú vďaka tomu, že niektoré nabité častice prechádzajú z jedného telesa do druhého.
Typicky sú tieto častice elektróny.
Keď sú dva vodiče elektrifikované, napríklad z elektrostatického stroja, jeden z nich získa náboj +q a druhý -q.
Zobrazuje sa medzi vodičmi elektrické pole a vzniká potenciálny rozdiel (napätie).
So zvyšujúcim sa nábojom na vodičoch sa zvyšuje elektrické pole medzi nimi.
V silnom elektrickom poli (pri vysokom napätí a teda pri vysokej intenzite) sa dielektrikum (napríklad vzduch) stáva vodivým.
Tzv rozpad dielektrikum: medzi vodičmi preskočí iskra a tie sa vybijú.
Čím menej sa napätie medzi vodičmi zvyšuje so zvyšujúcim sa ich nábojom, tým viac náboja sa na nich môže akumulovať.
Elektrická kapacita.
Uveďme fyzikálnu veličinu charakterizujúcu schopnosť dvoch vodičov akumulovať elektrický náboj.
Toto množstvo sa nazýva elektrická kapacita.
Napätie U medzi dvoma vodičmi je úmerné elektrickým nábojom, ktoré sú na vodičoch (na jednom +|q| a na druhom -|q|).
Skutočne, ak sú poplatky zdvojnásobené, potom napätie elektrické pole sa 2-krát zväčší, preto sa práca poľa pri pohybe náboja zvýši 2-krát, t.j. napätie sa zvýši 2-krát.
Preto pomer náboja q jedného z vodičov (druhý má náboj rovnakej veľkosti) k potenciálnemu rozdielu medzi týmto vodičom a susedným vodičom nezávisí od náboja.
Je určená geometrickými rozmermi vodičov, ich tvarom a vzájomnou polohou, ako aj elektrickými vlastnosťami prostredia.
To nám umožňuje zaviesť pojem elektrickej kapacity dvoch vodičov.
Elektrická kapacita dvoch vodičov je pomer náboja jedného z vodičov k potenciálnemu rozdielu medzi nimi:
Elektrická kapacita osamelý sprievodca sa rovná pomeru náboja vodiča k jeho potenciálu, ak sú všetky ostatné vodiče v nekonečne a potenciál bodu v nekonečne je nula.
Čím nižšie je napätie U medzi vodičmi pri nabíjaní +|q| a -|q|, čím väčšia je elektrická kapacita vodičov.
Na vodičoch sa môžu akumulovať veľké náboje bez toho, aby spôsobili dielektrický rozpad.
Samotná elektrická kapacita však nezávisí ani od nábojov prenášaných do vodičov, ani od napätia vznikajúceho medzi nimi.
Jednotky elektrickej kapacity.
Vzorec (14.22) vám umožňuje zadať jednotku elektrickej kapacity.
Elektrická kapacita dvoch vodičov sa číselne rovná jednote, ak sa im udeľuje náboj+1 Cl A-1 Kl medzi nimi vzniká potenciálny rozdiel 1 V.
Táto jednotka sa nazýva farad(F); 1 F = 1 C/V.
Vzhľadom na to, že náboj 1 C je veľmi veľký, kapacita 1 F sa ukazuje ako veľmi veľká.
Preto sa v praxi často používajú frakcie tejto jednotky: mikrofarad (μF) - 10 -6 F a pikofarad (pF) - 10 -12 F.
Dôležitou charakteristikou vodičov je elektrická kapacita.
Elektrická kapacita vodičov je tým väčšia, čím menší je potenciálny rozdiel medzi nimi, keď majú náboje opačného znamienka.
Kondenzátory.
Systém vodičov s veľmi vysokou elektrickou kapacitou nájdete v akomkoľvek rádiovom prijímači alebo si ho kúpite v obchode. Volá sa to kondenzátor. Teraz sa dozviete, ako sú takéto systémy štruktúrované a od čoho závisí ich elektrická kapacita.
Sústavy dvoch vodičov, tzv kondenzátory. Kondenzátor pozostáva z dvoch vodičov oddelených dielektrickou vrstvou, ktorej hrúbka je malá v porovnaní s veľkosťou vodičov. Vodiče sú v tomto prípade tzv obklady kondenzátor.
Najjednoduchší plochý kondenzátor pozostáva z dvoch rovnakých paralelných dosiek umiestnených v malej vzdialenosti od seba (obr. 14.33). 
Ak sú náboje dosiek rovnaké vo veľkosti a opačného znamienka, potom siločiary elektrického poľa začínajú na kladne nabitej doske kondenzátora a končia na záporne nabitej doske (obr. 14.28). Preto takmer celé elektrické pole koncentrované vo vnútri kondenzátora a rovnomerne. 
Ak chcete nabiť kondenzátor, musíte pripojiť jeho dosky k pólom zdroja napätia, napríklad k pólom batérie. Môžete tiež pripojiť prvú platňu k pólu batérie, ktorej druhý pól je uzemnený, a uzemniť druhú platňu kondenzátora. Potom na uzemnenej platni zostane náboj s opačným znamienkom a veľkosťou rovnaký ako náboj na neuzemnenej platni. Náboj s rovnakým modulom pôjde do zeme.
Pod nabitie kondenzátora pochopiť absolútnu hodnotu náboja jednej z dosiek.
Elektrická kapacita kondenzátora je určená vzorcom (14.22).
Elektrické polia okolitých telies takmer neprenikajú dovnútra kondenzátora a neovplyvňujú potenciálny rozdiel medzi jeho doskami. Preto je elektrická kapacita kondenzátora prakticky nezávislá od prítomnosti akýchkoľvek iných telies v jeho blízkosti.
Elektrická kapacita plochý kondenzátor.
Geometria plochého kondenzátora je úplne určená plochou S jeho dosiek a vzdialenosťou d medzi nimi. Od týchto hodnôt by mala závisieť kapacita plochého kondenzátora.
Ako väčšia plocha doskách, tým viac náboja sa na nich môže nahromadiť: q~S. Na druhej strane, napätie medzi doskami podľa vzorca (14.21) je úmerné vzdialenosti d medzi nimi. Preto kapacita 
Okrem toho kapacita kondenzátora závisí od vlastností dielektrika medzi doskami. Pretože dielektrikum pole oslabuje, elektrická kapacita v prítomnosti dielektrika sa zvyšuje.
Experimentálne otestujme závislosti, ktoré sme získali z nášho uvažovania. Aby ste to urobili, vezmite kondenzátor, v ktorom je možné meniť vzdialenosť medzi doskami, a elektromer s uzemneným telom (obr. 14.34). Teleso a tyč elektromera spojíme vodičmi s doskami kondenzátora a nabijeme kondenzátor. Aby ste to urobili, musíte sa dotknúť dosky kondenzátora pripojenej k tyči pomocou elektrifikovanej tyče. Elektrometer ukáže potenciálny rozdiel medzi doskami. 
Posunutím tanierov od seba nájdeme zvýšenie potenciálneho rozdielu. Podľa definície elektrickej kapacity (pozri vzorec (14.22)) to naznačuje jej pokles. V súlade so závislosťou (14.23) by elektrická kapacita mala skutočne klesať so zvyšujúcou sa vzdialenosťou medzi doskami.
Vložením dielektrickej dosky medzi dosky kondenzátora, napríklad z organické sklo, zistíme zníženie potenciálneho rozdielu. teda Elektrická kapacita plochého kondenzátora sa v tomto prípade zvyšuje. Vzdialenosť medzi doskami d môže byť veľmi malá a plocha S môže byť veľká. Preto pri malej veľkosti môže mať kondenzátor veľkú elektrickú kapacitu.
Pre porovnanie: pri absencii dielektrika medzi doskami plochého kondenzátora s elektrickou kapacitou 1 F a vzdialenosťou medzi doskami d = 1 mm by mal mať plochu dosky S = 100 km 2.
Okrem toho kapacita kondenzátora závisí od vlastností dielektrika medzi doskami. Pretože dielektrikum pole oslabuje, elektrická kapacita v prítomnosti dielektrika sa zvyšuje: kde ε je dielektrická konštanta dielektrika.
Sériové a paralelné zapojenie kondenzátorov. V praxi sú kondenzátory často spojené rôznymi spôsobmi. Obrázok 14.40 ukazuje sériové pripojenie tri kondenzátory.
Ak sú body 1 a 2 pripojené na zdroj napätia, potom sa náboj +qy prenesie na ľavú platňu kondenzátora C1 na pravú platňu kondenzátora S3 - náboj -q. V dôsledku elektrostatickej indukcie bude mať pravá doska kondenzátora C1 náboj -q a keďže dosky kondenzátorov C1 a C2 sú spojené a pred pripojením napätia boli elektricky neutrálne, potom podľa zákona zachovania náboja a náboj +q sa objaví na ľavej doske kondenzátora C2 atď. Všetky dosky kondenzátorov s takýmto zapojením budú mať rovnaký náboj v module:
q = q 1 = q 2 = q 3 .
Určenie ekvivalentnej elektrickej kapacity znamená určenie elektrickej kapacity kondenzátora, ktorý pri rovnakom rozdiele potenciálov bude akumulovať rovnaký náboj q ako systém kondenzátorov.
Potenciálny rozdiel φ1 - φ2 je súčet potenciálových rozdielov medzi doskami každého kondenzátora:
φ 1 - φ 2 = (φ 1 - φ A) + (φ A - φ B) + (φ B - φ 2),
alebo U = U1 + U2 + U3.
Pomocou vzorca (14.23) napíšeme:
Obrázok 14 41 znázorňuje diagram paralelne zapojené kondenzátory. Potenciálny rozdiel medzi doskami všetkých kondenzátorov je rovnaký a rovná sa:
φ 1 - φ 2 = U = U 1 = U 2 = U 3.
Nabíja sa na doskách kondenzátora
q1 = C1U, q2 = C2U, q3 = C3U.
Na ekvivalentnom kondenzátore s kapacitou C ekvivalentný náboj na doskách pri rovnakom potenciálnom rozdiele
q = q1 + q2 + q3.
Pre elektrickú kapacitu podľa vzorca (14.23) píšeme: C eq U = C 1 U + C 2 U + C 3 U, teda C eq = C 1 + C 2 + C 3, a vo všeobecnom prípade
Rôzne typy kondenzátorov.
V závislosti od ich účelu majú kondenzátory rôzne zariadenie. Typický kondenzátor z technického papiera pozostáva z dvoch pásov hliníkovej fólie izolovaných od seba az kovového puzdra. papierové pásky, impregnované parafínom. Pásiky a stuhy sú pevne zvinuté do malého balenia.
V rádiotechnike sú široko používané kondenzátory s premenlivou elektrickou kapacitou (obr. 14.35). Takýto kondenzátor pozostáva z dvoch systémov kovových dosiek, ktoré do seba zapadajú pri otáčaní rukoväte. V tomto prípade sa menia oblasti prekrývajúcich sa častí dosiek a následne aj ich elektrická kapacita. Dielektrikom v takýchto kondenzátoroch je vzduch. 
Výrazné zvýšenie elektrickej kapacity zmenšením vzdialenosti medzi platňami sa dosiahne pri tzv elektrolytické kondenzátory(obr. 14.36). Dielektrikum v nich je veľmi tenký film oxidov pokrývajúci jednu z dosiek (pás fólie). Druhou krytinou je papier namočený v roztoku špeciálnej látky (elektrolytu). 
Kondenzátory umožňujú uchovávať elektrický náboj. Elektrická kapacita plochého kondenzátora je úmerná ploche dosiek a nepriamo úmerná vzdialenosti medzi doskami. Okrem toho závisí od vlastností dielektrika medzi doskami.
Aby bola zabezpečená veľká kapacita bežného vodiča, musí mať dostatočnú veľké veľkosti. V praxi sa však vyžadujú zariadenia, ktoré pri relatívne malej veľkosti musia byť schopné akumulovať značné náboje, to znamená, že majú značnú elektrickú kapacitu. Takéto zariadenia sú široko používané a nazývajú sa kondenzátory.
Kondenzátorové zariadenie
Tento systém pozostáva z dvoch vodičov, ktorými sú kondenzátory. Sú oddelené vrstvou izolácie s hrúbkou oveľa menšou ako samotné vodiče, ktoré fungujú ako kondenzátorové dosky.
Najjednoduchší plochý kondenzátor pozostáva z dvoch rovnakých paralelných dosiek umiestnených veľmi blízko seba. Náboje dosiek môžu mať rovnakú veľkosť a rôzne znamienka. V tomto prípade je začiatok energie kladne nabitá doska kondenzátora a koniec je záporná doska. Preto sa elektrické pole ukáže ako rovnomerné a koncentrované vo vnútri kondenzátora.
Elektrická kapacita. Elektrická kapacita jedného vodiča. Kondenzátor. Kapacita paralelného doskového kondenzátora. Kondenzátorové banky a ich činnosť.
Veličina charakterizujúca schopnosť telies akumulovať elektrický náboj na svojom povrchu je elektrická kapacita.
Elektrická kapacita je množstvo rovnajúce sa náboju potrebnému na zmenu potenciálu nabitého telesa o jednu.
Kde . (12)
Elektrická kapacita závisí od veľkosti a tvaru vodiča. V sústave SI sa jednotka elektrickej kapacity nazýva farad(F).
Takže pre guľu polomeru R v médiu s dielektrickou konštantou
Osamelý vodič nie je schopný akumulovať veľký náboj (guľa veľkosti Zeme by mala kapacitu).
Ak dva od seba izolované vodiče dostanú náboj q 1 a q 2, potom medzi nimi vzniká určitý potenciálny rozdiel Δ φ , v závislosti od veľkosti nábojov a geometrie vodičov.
Potenciálny rozdiel Δ φ
medzi dvoma bodmi v elektrickom poli sa často nazýva napätie a označuje sa písmenom U. Najväčší praktický záujem je o prípad, keď sú náboje vodičov rovnakej veľkosti a opačného znamienka: q 1 = – q 2 = q. V tomto prípade môžeme zaviesť koncept elektrickej kapacity.
Elektrická kapacita systému z dvoch vodičov je tzv fyzikálne množstvo, definovaný ako pomer náboja q jeden z vodičov na potenciálny rozdiel Δ φ medzi nimi:
. (14)
Hodnota elektrickej kapacity závisí od tvaru a veľkosti pro-
Ryža. 10 nosičov vody a na vlastnostiach dielektrika oddeľujúceho vodiče.
Existujú konfigurácie vodičov, v ktorých je elektrické pole sústredené (lokalizované) iba v určitej oblasti priestoru. Takéto systémy sa nazývajú kondenzátory a vodiče, ktoré tvoria kondenzátor, sa nazývajú dosky.
Najjednoduchší kondenzátor– systém dvoch plochých vodivých dosiek umiestnených navzájom rovnobežne v malej vzdialenosti v porovnaní s veľkosťou dosiek a oddelených dielektrickou vrstvou. Takýto kondenzátor sa nazýva byt.
Vzorec pre elektrickú kapacitu plochého kondenzátora je:
Elektrická kapacita plochého kondenzátora je teda priamo úmerná ploche dosiek (dosiek) a nepriamo úmerná vzdialenosti medzi nimi. Ak je priestor medzi doskami vyplnený dielektrikom, elektrická kapacita kondenzátora sa zvýši ε krát:
Kondenzátory môžu byť navzájom spojené, aby vytvorili kondenzátorové banky.
O paralelné pripojenie kondenzátory (obr. 11) sú napätia na kondenzátoroch rovnaké: U 1 = U 2 = U a poplatky sú rovnaké q 1 = S 1 U a q2= S 2 U. Takýto systém možno považovať za jeden kondenzátor s elektrickou kapacitou C, nabitý nábojom q = q 1 + q 2 pri napätí medzi doskami rovnajúcemu sa U. Z toho vyplýva
alebo . (17)
Pri paralelnom zapojení sa teda elektrické kapacity sčítavajú.