Емкость электрическая

Емкость электрическая – электрическая характеристика проводника или схемы проводников. Взаимной электрической емкостью двух проводников называется физическая величина, равная отношению электрического заряда, который переносится с одного проводника на другой, к возникающему при этом изменению разности их электрических потенциалов. В частности, электрическая емкость конденсатора C=q/(φ1-φ2), где q - заряд конденсатора, φ1 и φ2 - потенциал его обкладок.

Рис. 1. Обозначение электрической емкости

Широко применяется в радио- и электронике. Конденсатор (рис. 1) обладает свойством накапливать и удерживать на обкладках равные по величине и разные по знаку электрические заряды. Взаимная электрическая емкость двух проводников зависит от их формы, взаимного расположения и от диэлектрической проницаемости среды. В Международной системе единиц (СИ) выражается в фарадах (Ф). Это очень большая величина - такова примерно емкость земного, шара. На практике используются более мелкие единицы - микрофарада (1 мкф = 10^-6Ф) или микромикрофарада (1 ммкф=10^-12 Ф).

Рис. 2. Плоский конденсатор

Емкость плоского конденсатора (рис. 2), обкладки которого расположены в вакууме, равна C=ε₀S/d, где S - площадь поверхности каждой из пластин, м2; d - расстояние между обкладками, м; ε₀ - электрическая постоянная вакуума.

Бумажные, слюдяные и керамические конденсаторы применяются в цепях постоянного и переменного тока, а электролитические - только в цепях постоянного тока. Бумажные и слюдяные конденсаторы состоят из двух длинных лент или набора прямоугольных пластинок алюминиевой фольги, изолированных лентами парафинированной бумаги или прокладками слюды. В электролитических конденсаторах роль изолирующей прокладки (диэлектрика) выполняет очень тонкий слой окиси на поверхности алюминиевой фольги, являющейся одной обкладкой конденсатора. Другая обкладка - бумага или ткань, пропитанная густым раствором электролита. Для получения нужной емкости или увеличения номинального напряжения применяется последовательное, параллельное и смешанное соединение.

Рис. 3. Последовательное соединение конденсаторов

При последовательном соединении (рис. 3) величины зарядов на электродах всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды. На внутренних электродах они создаются за счет разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга. Для двух последовательно соединенных конденсаторов U₁=Q/C₁ и U₂=Q/С₂, т. е. при различных величинах емкостей напряжения на конденсаторах будут различны. Выражая напряжение на входных зажимах (U=U₁+U₂) как отношение зарядов к емкости: Q/C=Q/C₁+Q/C₂ и сокращая на Q, получим 1/C=1/C₁+1/C₂. Отсюда C=C₁C₂/(C₁+C₂).

Рис. 4. Параллельное соединение конденсаторов

При параллельном соединении (рис. 4) напряжение на всех конденсаторах одинаково, а заряды – различны: Q₁=C₁U; Q₂=C₂U. Заряд, получаемый всеми параллельно соединенными конденсаторами, равен сумме зарядов отдельных конденсаторов, т.е. в случае двух параллельно соединенных конденсаторов Q=Q₁+Q₂, откуда общая емкость C=Q/U=(Q₁+Q₂)/U=C₁+C₂.

При смешанном соединении некоторые группы заменяются эквивалентными емкостями (рассчитаны по вышеприведенным формулам). Затем определяется общая емкость.