Конденсаторы

Конденсатором называется система проводников, разделенных диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с линейными размерами проводников. Проводники, образующие конденсатор, называются его обкладками. Под зарядом конденсатора понимают значение заряда положительно заряженной обкладки.

Первый электрический конденсатор французский физик Жан Нолле назвал лейденской банкой (рис. 23).

Плоским называется конденсатор, состоящий из двух параллельных металлических пластин (обкладок), расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, разделенных слоем диэлектрика или находящихся в вакууме.

Электроемкостью (емкостью) конденсатора называется скалярная физическая величина, определяемая отношением заряда конденсатора g к разности потенциалов φ ₁ - φ ₂ между его обкладками:

Считается, что все силовые линии поля сосредоточены в пространстве между обкладками; электрическое поле внутри плоского конденсатора однородное.

Емкость зависит от размеров, формы конденсатора и свойств диэлектрика между обкладками.

Емкость плоского конденсатора определяется по формуле

где ε ₀ — электрическая постоянная, ε — диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками, S — площадь обкладки, d — расстояние между обкладками.

Емкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади его обкладок, диэлектрической проницаемости вещества между обкладками и обратно пропорциональна расстоянию между ними.

Разность потенциалов между обкладками конденсатора нельзя повышать беспредельно, так как при этом увеличиваются электрические силы, действующие на разноименно заряженные части молекул диэлектрика. При некоторой предельной для данного конденсатора разности потенциалов немногочисленные свободные электроны в диэлектрике под действием электрического поля достигают «критической» скорости, достаточной для выбивания новых электронов из нейтральных атомов (или молекул), т. е. возникает ударная ионизация. Вследствие этого в диэлектрике образуется проводящая область. Это приводит к тому, что заряды обкладок практически мгновенно нейтрализуются, т. е. происходит пробой конденсатора. При пробое конденсатор выходит из строя. Таким образом, каждый конденсатор характеризуется максимальным рабочим напряжением, при превышении которого происходит его пробой.

По типу используемого диэлектрика конденсаторы бывают бумажными, воздушными (рис. 24), керамическими, электролитическими, слюдяными, полистирольными.

Кроме этого, по рабочему напряжению различают низковольтные и высоковольтные конденсаторы.

К низковольтным конденсаторам относятся электролитические, слюдяные с напряжением пробоя до 100 В. Если напряжение пробоя превышает 100 В, то конденсаторы относятся к высоковольтным. Примером высоковольтного конденсатора, разность потенциалов в котором может быть доведена до 100000 В, является лейденская банка.