Электроемкость. конденсаторы - электрическое поле - электродинамика - все уроки физики 11 класс академический уровень - конспекты уроков - план урока - конспект урока - планы уроков - разработки уроков по физике

Из истории

Первым начал исследовать накопление заряда великий Алессандро Вольта. В докладе Королевскому научному обществу за 1782 год впервые озвучил слово конденсатор. В понимании Вольты электрофорус, представляющий две параллельные обкладки, выкачивал из эфира электрический флюид.

В давнее время все познания сводились к мнению учёных, будто атмосфера Земли содержит нечто, не определяемое приборами. Присутствовали простейшие электроскопы, способные определить знак заряда и его наличие, не дававшие представления о количестве. Учёные просто натирали мехом поверхность тела и подносили для исследования в область влияния прибора. Гильберт показал, что электрические и магнитные взаимодействия ослабевают с расстоянием. Учёные примерно знали, что делать, но исследования не продвигались.

Гипотеза об атмосферном электричестве высказана Бенджамином Франклином. Он активно исследовал молнии и пришёл к выводу, что это проявления прежней единой силы. Запуская воздушного змея в небо, он соединял игрушку шёлковой нитью с землёй и наблюдал дуговой разряд. Это опасные опыты, и Бенджамин многократно рисковал собственной жизнью ради развития науки. Шёлковая нить проводит статический заряд – это доказал Стивен Грей, первый собравший в 1732 году электрическую цепь.

Уже через 20 лет (1752 год) Бенджамин Франклин предложил конструкцию первого громоотвода, осуществлявшего молниезащиты близлежащих построек. Только вдуматься! – прежде любой ожидал, что дом сгорит от случайного удара. Бенджамин Франклин предложил один вид заряда называть положительным (стеклянный), а второй отрицательным (смоляной). Так физики оказались введены в заблуждение относительно истинного направления движения электронов. Но откуда возьмётся иное мнение, когда в 1802 году на примере опытов россиянина Петрова увидели, что на аноде образуется ямка? Следовательно, положительные частицы переносили заряд на катод, но в действительности это оказались ионы воздушной плазмы.

К началу исследования Вольтой электрических явлений уже известны статические заряды и факт наличия у них двух знаков. Люди упорно считали, что «флюид» берётся из воздуха. На эту мысль натолкнули опыты с натиранием янтаря шерстью, не воспроизводимые под водой. Следовательно, логичным стало предположить, что электричество может происходить исключительно из атмосферы Земли, что, конечно же, неверно. К примеру, многие растворы, исследованные Хампфри Дэви, проводят электрический ток.

Причина, следовательно, иная – при натирании янтаря под водой силы трения снижались в десятки и сотни раз, а заряд рассеивался по объёму жидкости. Следовательно, процесс лишь оказывался неэффективным. Сегодня каждый добытчик знает, что нефть электризуется трением о трубы без воздуха. Следовательно, атмосфера для «флюида» не считается обязательным компонентом.

Электроемкость

Определение 1

Под конденсатором понимают систему из нескольких (чаще всего двух) находящихся близко друг от друга проводников, отделённых друг от друга слоем диэлектрика.

В подавляющем большинстве случаев его толщина много меньше размеров обкладок.

Определение 2

Электрической ёмкостью (C) между двумя проводниками называется скалярная величина, прямо пропорциональная абсолютной величине заряда одного из проводников и обратно пропорциональная разности потенциалов и напряжению между ними.

В виде формулы данное определение можно записать следующим образом:

В системе СИ электроёмкость измеряют в Фарадах. Один Фарад равен электроемкости конденсатора, при которой заряд, равный 1 Кулону, создаёт между его пластинами напряжение в 1 Вольт.

Ёмкость в 1 Фарад – величина очень большая. На практике чаще всего используют мили фарады (одна тысячная фарада), микрофарады (одна миллионная), нанофарады (одна миллиардная), пикофарады (10 в минус 12-й степени).

Определение 3

Плоским называют конденсатор, образованный двумя плоскими, параллельно расположенными по отношению друг к другу пластинами. Если роль диэлектрика между ними играет воздух, то такой конденсатор называют воздушным.

Определение 4

Электрическое поле в плоском конденсаторе сосредотачивается главным образом между пластинами, однако часть его выходит за их пределы. Это вышедшее поле называют полем рассеяния. Оно не является потенциальным, т.е. работа при перемещении в нём заряда из одного места в другое не равна нулю.

Обычно такое поле не велико и при решении многих (но далеко не всех) задач его наличием можно пренебречь.

Абсолютную величину напряжённости каждой из обкладок можно выразить формулой:

Где σ это плотность электрического заряда на плоскости. По принципу суперпозиции полная величина напряжённости поля конденсатора равна сумме напряжённостей полей от каждой из его обкладок.

Т. к. между пластинами векторы \ параллельны, полную напряжённость можно вычислить по формуле \.

Вне пластин поля каждой из них компенсируют друг друга, и потому общая их напряжённость равна нулю.

Емкость и энергия конденсатора

Важнейшей характеристикой является электрическая емкость конденсатора – физическая величина, которая определяется как отношение заряда конденсатора одного из проводников к разности потенциалов между проводниками. Емкость изменяется в Фарадах, но величина 1 Ф является довольно большой, поэтому чаще всего емкость конденсаторов измерятся в микрофарадах (мкФ), нанофарадах (нФ) и пикофарадах (пФ).

Помимо емкости конденсаторы характеризуются еще одним параметром, а именно величиной напряжения, которое может выдержать его диэлектрик. При слишком больших значениях напряжения электроны диэлектрика отрываются от атомов, и диэлектрик начинает проводить ток. Это явление называется пробоем конденсатора, и в результате обкладки оказываются замкнутыми друг с другом.

Собственно, характеристикой, которая часто используется при работе с конденсаторами является не напряжение пробоя, а рабочее напряжение – то есть величина напряжения, при которой конденсатор может работать неограниченно долгое время, и пробоя не произойдет.

Так как поле сосредоточено внутри конденсатора, то линии напряженности начинаются на одной обкладке и кончаются на другой, поэтому свободные заряды, которые возникают на разных обкладках, равны по модулю и противоположны по знаку. Под емкостью конденсатора понимается физическая величина, равная отношению заряда Q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов (φ1 — φ2) между его обкладками. В таблице ниже приведем основные параметры конденсаторов.

При небольших размерах конденсатор отличается значительной емкостью, не зависящей от наличия вблизи него других зарядов или проводников. Обкладкам конденсатора сообщают одинаковые по модулю, но противоположные по знаку заряды, что способствует накоплению зарядов, так как разноименные заряды притягиваются и поэтому располагаются на внутренних поверхностях пластин. Под зарядом конденсатора понимают заряд одной пластины.

Соединение конденсаторов

Чтобы получить необходимую фиксированную емкость (без подстроечных компонентов) применяют параллельное, последовательное и комбинированное сочетания нескольких стандартных конденсаторов.

Расчёт последовательного соединения

В этом варианте на каждой паре пластин накапливается одинаковый заряд (q1 = q2 =…=qn). По закону Кирхгофа Uобщ= U1 + U2 +…+ Un. По базовым формулам и с учетом сделанных замечаний можно эквивалентное значение емкости (Сэкв) узнавать двумя способами:

Сэкв = q/ (U1 + U2 +…+ Un);
Cэкв = 1/С1 + 1/С2 +…+1/Сn.

Расчёт параллельного соединения

При таком подключении Uип =U1 = U2 =…= Un, общий заряд вычисляют по сумме накопленных значений на каждой рабочей паре пластин.

Эквивалентную емкость вычисляют по формуле:

Cэкв = q/U =С1 + С2 +…+Сn.

Практические измерения

Значение ёмкости конденсатора обозначается на корпусе в дробных фарадах или с помощью цветового кода. Но со временем компоненты способны потерять свои качества, поэтому для некоторых критических случаев последствия могут быть неприемлемыми. Существуют и другие обстоятельства, требующие измерений. Например, необходимость знать общую ёмкость цепи или части электрооборудования. Приборов, осуществляющих непосредственное считывание ёмкости, не существует, но значение может быть вычислено вручную или интегрированными в измерительные устройства процессорами.

Для обнаружения фактической ёмкости нередко используют осциллограф как средство измерения постоянной времени (т). Эта величина обозначает время в секундах, за которое конденсатор заряжается на 63%, и равна произведению сопротивления цепи в омах на ёмкость цепи в фарадах: т=RC. Осциллограф позволяет легко определить постоянную времени и даёт возможность с помощью расчётов найти искомую ёмкость.

Существует также немало моделей любительского и профессионального электронного измерительного оборудования, оснащённого функциями для тестирования конденсаторов. Многие цифровые мультиметры обладают возможностью определять ёмкость. Эти устройства способны контролируемо заряжать и разряжать конденсатор известным током и, анализируя нарастание результирующего напряжения, выдавать довольно точный результат. Единственный недостаток большинства таких приборов — сравнительно узкий диапазон измеряемых величин.

Вам это будет интересно Характеристика и схема подключения электросчётчика СО-505

Расчет ёмкости конденсаторов

На практике в качестве элементов, обладающих нормированной электрической ёмкостью, чаще всего используются конденсаторы, состоящие из двух плоских проводников (обкладок), разделенных диэлектриком. Формула для расчета электрической ёмкости подобного конденсатора выглядит так:

C=(S/d)*ε*ε

где:

С – ёмкость, Ф;
S – площадь обкладок, кв.м;
d – расстояние между обкладками, м;
ε– электрическая постоянная, константа, 8,854*10−12 Ф/м;
ε –электрическая проницаемость диэлектрика, безразмерная величина.

Отсюда легко понять, что ёмкость прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между проводниками. Также на ёмкость влияет материал, которым разделяются обкладки.

Чтобы понять, как величины, определяющие ёмкость, влияют на способность конденсатора накапливать заряд, можно провести мысленный эксперимент по созданию конденсатора с максимально возможной ёмкостью.

Можно попробовать увеличить площадь обкладок. Это приведет к резкому росту габаритов и веса устройства. Для уменьшения размеров обкладки с разделяющим их диэлектриком сворачивают (в трубочку, плоский брикет и т.п.).
Другой путь – уменьшение расстояния между обкладками. Очень близко расположить проводники не всегда удаётся, так как слой диэлектрика должен выдерживать определенную разность потенциалов между обкладками. Чем меньше толщина, тем ниже электрическая прочность изоляционного промежутка. Если воспользоваться этим путем, настанет момент, когда практическое применение такого конденсатора станет бессмысленным – он сможет работать лишь при крайне низких напряжениях.
Увеличение электрической проницаемости диэлектрика. Этот путь зависит от развития технологий производства, существующих на текущий момент. Изолирующий материал должен иметь не только высокое значение проницаемости, но и хорошие диэлектрические свойства, а также сохранять свои параметры в необходимом частотном интервале (с ростом частоты, на которой работает конденсатор, характеристики диэлектрика снижаются).

В некоторых специализированных или исследовательских установках могут применяться сферические или цилиндрические конденсаторы.

Конструкция сферического конденсатора

Ёмкость сферического конденсатора может быть вычислена по формуле

C=4*π*ε*ε*R1R2/(R2-R1)

где R – радиусы сфер, а π=3,14.

Конструкция цилиндрического конденсатора

Для конденсатора цилиндрической конструкции ёмкость рассчитывается как:

C=2*π*ε*ε*l/ln(R2/R1)

l – высота цилиндров, а R1 и R2 – их радиусы.

Принципиально обе формулы не отличаются от формулы для плоского конденсатора. Ёмкость всегда определяется линейными размерами обкладок, расстоянием между ними и свойствами диэлектрика.

Соединения конденсаторов

Для получения необходимой емкости конденсаторы соединяют между собой в батареи, применяя при этом параллельное, последовательное и смешанное соединения.

Параллельное соединение

При параллельном соединении конденсаторов одни обкладки всех конденсаторов соединяются в один узел, другие — в другой узел (рис. 5).

Рис. 5

Общий заряд равен алгебраической сумме зарядов каждой из обкладок отдельных конденсаторов:

\(~q = q_1 + q_2 + q_3.\)

Так как соединенные обкладки представляют собой один проводник, то потенциалы всех соединенных в один узел обкладок одинаковы и разность потенциалов между обкладками всех конденсаторов одинакова:

\(~U_1 = U_2 = U_3.\)

Так как q = C∙U, q₁ = C₁∙U, q₂ = C₂∙U, q₃ = C₃∙U, то \(~C \cdot U = C_1 \cdot U + C_2 \cdot U + C_3 \cdot U \Rightarrow\)

\(~C = C_1 + C_2 + C_3, \ C = \sum_{i=1}^n C_i .\)

Емкость батареи параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

Если параллельно соединяют n одинаковых конденсаторов, то

\(~C = n \cdot C_1 .\)

Последовательное соединение

При последовательном соединении конденсаторов (рис. 6) потенциал соединенных между собой обкладок конденсаторов одинаков.

Рис. 6

Если сообщить одной из обкладок первого конденсатора заряд +q, то у второй обкладки будет заряд —q, у соседней обкладки второго конденсатора заряд +q и т.д. Следовательно,

\(~q = q_1 = q_2 = q_3.\)

Напряжение на батарее равно сумме напряжений на всех конденсаторах:

\(~U = U_1 + U_2 + U_3.\)

Так как \(~U = \dfrac qC\) ; \(~U_1 = \dfrac{q}{C_1}\) ; \(~U_2 = \dfrac{q}{C_2}\) ; \(~U_3 = \dfrac{q}{C_3}\) , то \(~\dfrac{q}{C} = \dfrac{q}{C_1} + \dfrac{q}{C_2} + \dfrac{q}{C_3} \Rightarrow\)

\(~\dfrac{1}{C} = \sum_{i=1}^n \dfrac{1}{C_i} .\)

Величина, обратная емкости батареи последовательно соединенных конденсаторов, равна сумме величин, обратных емкостям отдельных конденсаторов.

Если последовательно соединены n одинаковых конденсаторов, то \(~C = \dfrac{C_1}{n}\).

Заряд и разряд конденсаторов

Как подобрать конденсатор

Рабочий цикл начинается после подключения в цепь источника тока. Перемещение электронов в батарею повышает положительный потенциал на обкладке. Аналогичный процесс увеличивает отрицательный заряд второго рабочего элемента. Рост напряженности поля ограничен напряжением АКБ (U). Накопленную энергию (W) можно определить следующим образом:

W = d *q2/(2*e0*S) = (U2 * C)/2.

Чтобы зарядить конденсатор через резистор, понадобится определенное время:

t = In (1-U (t)/ (Uип – Uн) * R * C,

где

U(t)/Uип/ Uн – напряжение изменения на конденсаторе/источника питания/ начального уровня, соответственно;
C – электроемкость плоского конденсатора;
R – электрическое сопротивление.

По этой формуле можно определить резистор, который надо установить в цепь для получения определенного временного интервала. Данная схема – пример простейшего функционального таймера. Для привода в действие исполнительного механизма к выходу можно подсоединить реле либо иной ключ с расчетом на необходимый уровень напряжения сpaбатывания. По аналогичной схеме происходит разрядка, показанная в нижней части рисунка.

Второй способ применения с пользой времени задержки – сглаживание пульсаций. Даже при сильном, но слишком коротком сигнале на входе напряжение на выходе не успеет измениться. Такое защитное устройство отличается простотой и надежностью при точном расчете компонентов схемы.

Расчёт электроемкости батареи конденсаторов

Определение 7

Батареей статических конденсаторов называют группу конденсаторов, связанных между собой электрическим соединением.

У параллельно соединённых конденсаторов одинакова разность потенциалов между обкладками Q1= С1 (φА- φВ), Q2= С2 (φА- φВ), Q3 = С3 (φА- φВ). Заряд батареи складывается из зарядов каждого из отдельных конденсаторов, в неё входящих. Поэтому легко понять почему

Суммарная ёмкость батареи при таком раскладе равна

Выходит, что при параллельном соединении ёмкости просто складываются.

При последовательном соединении конденсаторов ситуация будет совершенно другой.

В этом случае заряды обкладок всех входящих в батарею конденсаторов равны по абсолютной величине. Разность потенциалов на её концах равняется сумме разностей потенциалов на каждом из них. В виде формулы можно записать таким образом Dj=Dj1 + Dj2 + ….+ Dj.

Для каждого из конденсаторов батареи справедливы соотношения:

\[\Delta \varphi_{\mathrm{i}}=\mathrm{q} / \mathrm{C}_{\mathrm{i}}, \text { но } \Delta \varphi=\mathrm{Q} / \mathrm{C}=\mathrm{Q} \sum_{i=1}^{N} \frac{1}{C_{i}} \mathrm{p}\]

Из этого следует однозначный вывод, что при последовательном соединении ёмкость батареи всегда меньше ёмкости любого из её конденсаторов.

Конденсатор. Электроемкость плоского конденсатора.

Рассмотренная система проводников является основой для устройств, которые называют конденсаторами. Конденсаторы широко используют в радиотехнике как устройства для накопления и удержания электрического заряда.

Самый простой конденсатор состоит из двух или более разноименно заряженных и разделенных диэлектриком проводников, которые называют обкладками конденсатора. Последние имеют одинаковые по абсолютному значению разноименные заряды и размещены относительно друг друга так, что поле в этой системе сконцентрировано в ограниченном пространстве между обкладками. Диэлектрик между обкладками играет двойную роль: во-первых, он увеличивает электроемкость, во-вторых — не дает зарядам нейтрализоваться. Поэтому диэлектрическая проницаемость и электрическая прочность на пробой (пробой диэлектрика означает, что он становится проводником) должны быть достаточно большими. Чтобы защитить конденсатор от механических внешних воздействий, его помещают в корпус.

Накопление зарядов на обкладках конденсатора называют его зарядкой. Чтобы зарядить конденсатор, его обкладки присоединяют к полюсам источника напряжения, например, к полюсам батареи аккумуляторов. Можно также соединить одну обкладку с полюсом батареи, второй полюс которой заземлен, а вторую обкладку конденсатора тоже заземлить. Тогда на заземленной обкладке останется заряд, противоположный по знаку, а по модулю он будет равен заряду другой обкладки. Такой же по модулю заряд уйдет в землю.

Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из обкладок. Он прямо пропорционален разности потенциалов (напряжению) между обкладками конденсатора. В таком случае емкость конденсатора (в отличие от отдельного проводника) определяется по формуле

По форме обкладок конденсаторы бывают плоские, цилиндрические и сферические. Как диэлектрик в них используют парафиновый бумагу, слюду, воздух, пластмассы, керамику и тому подобное. Типичный плоский конденсатор состоит из двух металлических пластин площадью S, пространство между которыми разделено диэлектриком толщиной d.

Выведем формулу для емкости плоского конденсатора. Учитывая, что

подставим в эту формулу выражение U = Ed, где Е — напряженность поля, создаваемого двумя пластинами,

В результате получим:

Таким образом, электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади перекрытия пластин и относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Из формулы следует, что, уменьшая толщину диэлектрика между пластинами или увеличивая площадь перекрытия пластин, можно получить конденсатор большей емкости.

Соответственно можно вывести формулы для емкости конденсаторов других форм. Так, емкость сферического конденсатора вычисляется по формуле

где r и R- радиус внутренней и внешней сфер (в случае обособленной шара, когда R = ∞, имеем: C = 4пε 0 εr).

Меры предосторожности

Выше был приведен пример с банкой воды. Там говорилось, что если воды налить больше, то воды выльется. А теперь подумайте, куда могут «вылиться» электроны в конденсаторе? Ведь он запечатан полностью!

Если вы подадите в цепи больше тока, чем тот, на который рассчитан конденсатор, то как только он зарядится, его излишек попытается выйти куда-то. А пространства свободного нет. Результатом будет взрыв. В случае незначительного превышения заряда хлопок будет небольшой. Но если подать колоссальное количество электронов на конденсатор, его просто разорвет, и диэлектрик вытечет.

Будьте аккуратны!

Энергия устройства

Зарядить конденсатор мгновенно невозможно. Для этого процесса требуется определённое время. Это явление используется в радиотехнике. Так, с помощью конденсатора сглаживаются импульсные всплески. В первом приближении конденсатор похож на аккумулятор. Но при этом он отличается от него принципом накопления энергии, ёмкостью и скоростью заряда разряда. При подключении источника питания к выводам обкладок устройства конденсатор накапливает на них заряд.~

Работу устройства можно объяснить по аналогии с протеканием воды. Пусть имеется сосуд с жидкостью площадью поперечного сечения S. По сути, это эквивалент ёмкости. Тогда вода это будет заряд, а высота водяного столба — напряжение. Получается, что энергия — это произведение зарядов на высоту. Но если аккумулятор можно представить как сосуд, в котором имеется тонкий шланг (вывод) и по которому вытекает вода (заряд), то в конденсаторе его диаметр трубки будет равен размеру всей банки. То есть устройство может мгновенно отдать весь накопленный заряд.

При подаче напряжения на обкладки происходит электризация диэлектрика. В результате происходит смещение и на пластины передаётся энергия. На одной из них возникнет избыток электронов, и она условно зарядится отрицательно, а на второй недостаток — проводник станет положительным. Поэтому в формуле, определяющей заряд на обкладках конденсатора, большое значение имеет диэлектрическая проницаемость непроводящего ток вещества.

Между обкладками возникает сила. Величина действующей со стороны первой равняется F = ε1 * q, а со стороны второй F = ε2 * q. Таким образом, можно записать: F = ε1 * q = ε2 * q = E / 2 * q. При увеличении расстояние между обкладками от нулевого до d, будет выполняться работа: A = F * d. Она направлена на преодоление силы взаимодействия между заряженными проводниками.

То есть: A = E / 2 * q * d. Исходя из того, что ε = U/d будет верно записать: А = 1 / 2 q * U. Значит, механическая работа A в соответствии с законом сохранения энергии будет равна количеству зарядов, запасённых в электрическом поле конденсатора: Wэ = C * U2 / 2.

Следует отметить, что при подаче переменного сигнала внутри диэлектрика происходит постоянная смена знаков заряда. В итоге происходит нагревание, что приводит конденсатор к выходу из строя. Характеризуется это явление тангенсом угла диэлектрических потерь. Определяется он как отношение затраченной мощности к реактивной.

Электроемкость конденсатора колебательного контура

Определение 8

Колебательным контуром называют электрическую цепь, содержащую конденсатор, катушку индуктивности и источник электричества.

Мы для вычисления ёмкости будем рассматривать упрощённую его схему, состоящую только из конденсатора и катушки. Сопротивление соединяющих их проводников положим равным нулю. Сопротивлением катушки и излучением электромагнитных волн тоже пренебрегаем. Такой контур называют идеальным.

Придадим обкладкам конденсатора заряды –Q и +Q. В начальный момент времени электроемкость конденсатора контура будет \.

Это максимальное значение ёмкости конденсатора в контуре. Выше него никак не будет.

Если замкнуть конденсатор на катушку, он начнёт разряжаться, возникнет электрический ток. В катушке появится и станет возрастать магнитное поле. В максимуме, когда конденсатор полностью разрядится, энергия порождённого током поля будет \.

Полная энергия системы останется постоянной и равна \.

Электроемкость конденсатора, энергия которого известна, из приведённых формул вычисляется достаточно легко:

C=Q2/(2W-LI2)

В контуре станут происходить гармонические колебания, общее их уравнение \.

Его решение: \

Для силы тока и напряжения получим

\, \.

Чтобы получить формулу электроемкости конденсатора колебательного контура в любой момент времени, следует обе части

Умножить на C и поделить на Uc.

В результате получим: \.

Анна Краснова — Бакалавр физики

Умеешь писать статьи?Разбираешься в теме?

Начни писать статьи на заказ!

Плоский конденсатор

Итак, простейший конденсатор представляет из себя две плоские проводящие пластины, расположенные параллельно друг другу и разделенные слоем диэлектрика. Причем расстояние между пластинами должно быть намного меньше, чем, собственно, размеры пластин. Такое устройство называется плоским конденсатором, а пластины – обкладками конденсатора.

Стоит уточнить, что здесь мы рассматриваем уже заряженный конденсатор (сам процесс зарядки мы изучим чуть позже), то есть на обкладках сосредоточен определенный заряд. Причем наибольший интерес представляет тот случай, когда заряды пластин конденсатора одинаковы по модулю и противоположны по знаку (как на рисунке).

А поскольку на обкладках сосредоточен заряд, между ними возникает электрическое поле, изображенное стрелками на нашей схеме. Поле плоского конденсатора, в основном, сосредоточено между пластинами, однако, в окружающем пространстве также возникает электрическое поле, которое называют полем рассеяния. Очень часто его влиянием в задачах пренебрегают, но забывать о нем не стоит. Для определения величины этого поля рассмотрим еще одно изображение плоского конденсатора:

Плоские конденсаторы

Каждая из обкладок конденсатора в отдельности создает электрическое поле:

положительно заряженная пластина (+q) создает поле, напряженность которого равна
отрицательно заряженная пластина (-q) создает поле, напряженность которого равна E_

Здесь – это поверхностная плотность заряда: . А – диэлектрическая проницаемость диэлектрика, расположенного между обкладками конденсатора. Поскольку площадь пластин конденсатора у нас одинаковая, как и величина заряда, то и модули напряженности электрического поля, равны между собой. Но направления векторов разные – внутри конденсатора вектора направлены в одну сторону, а вне – в противоположные. А какая же будет величина напряженности вне конденсатора? А все просто – слева и справа от обкладок поля пластин компенсируют друг друга и результирующая напряженность равна 0.

Заключение

Конденсаторы нашли широчайшее применение во всех направлениях электротехники и электроэнергетики благодаря целому набору функциональных возможностей:

фильтрации электрических сигналов;
способности формирования цепей обратной связи;
вхождения в схемы колебательных контуров;
возможности сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения;
получения импульсного разряда значительной мощности;
использования в качестве элемента памяти логических устройств;
ограничителя величин переменного тока (балласта);
использования как одного из элементов времязадающих цепей;
компенсации реактивных мощностей и фильтрации высших гармоник;
применения в качестве ускорителя заряженных частиц;
измерителя малых перемещений;
косвенного измерителя физических величин: влажности, температуры, уровня среды;
употребления в качестве фазосдвигающего устройства;
использования в качестве аккумулятора электроэнергии.

О последнем пункте хочется сказать отдельно и особо. Голубой мечтой энергетиков (и не только энергетиков) является создание суперконденсатора и освоение сверхпроводимости. При всех своих достоинствах электрическая энергия обладает рядом существенных недостатков: её невозможно хранить, а передача больших мощностей на значительные расстояния обходится очень дорого.

Выходом могло бы стать создание конденсаторов огромной ёмкости – быстро заряжающихся (в отличие от химических источников тока) и длительно хранящих большие запасы электроэнергии при сравнительно небольших габаритах. Но пока что суперконденсаторы – всего лишь красивая мечта. Хотя, вполне возможно, что на путях создания молекулярно-структурированных материалов, служащих в качестве электродов и изоляции, возникнут, в конце концов, устройства, обладающие практически неограниченной электрической ёмкостью.

Работа в этом отношении ведётся на протяжении 70 с лишним лет. Перспективные разработки с уникальными данными имеются, они находят применение на практике в качестве установок, сглаживающих колебания электрического напряжения или электроэквивалентов механических инерционных устройств.