Конденсаторы. Соединения конденсаторов

В нашей жизни необходимы устрой­ства, обладающие способностью при малых размерах и небольших относи­тельно окружающих тел потенциалах накапливать значительные по величи­не заряды, иными словами, обладать большой емкостью. Эти устройства по­лучили название конденсаторов.

Если к заряженному проводнику приближать другие тела, то на них воз­никают индуцированные (на проводни­ке) или связанные (на диэлектрике) заряды, причем ближайшими к наводя­щему заряду Q будут заряды противо­положного знака. Эти заряды, есте­ственно, ослабляют поле, создаваемое зарядом Q, т.е. понижают потенциал проводника, что приводит к повышению его электроемкости.

Конденсатор состоит на двух про­водников (обкладок), разделенных ди­электриком. На емкость конденсатора не должны оказывать влияния окружа­ющие тела, поэтому проводникам при­дают такую форму, чтобы поле, созда­ваемое накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора. Это­му условию удовлетворяют: 1) две плоские пластины; 2) два коак­сиальных цилиндра; 3) две концентри­ческие сферы. Поэтому в зависимости от формы обкладок конденсаторы де­лят на плоские, цилиндрические и сфе­рические.

Так как поле сосредоточено внутри конденсатора, то линии начинаются на одной обкладке и кон­чаются на другой, поэтому свободные заряды, возникающие на разных об­кладках, являются равными по модулю разноименными зарядами. Под емкос­тью конденсатора понимается физи­ческая величина, равная отношению заряда Q, накопленного в конденсато­ре, к разности потенциалов (φ₁ — ф₂) между его обкладками: C = Q/(φ₁ – φ₂).

Конденсаторы характеризуются пробивным напряжением – разностью потенциалов между обкладками конденсатора, при которой происходит пробой - электрический разряд через слой диэлектрика в конденсаторе. Про­бивное напряжение зависит от формы обкладок, свойств диэлектрика и его толщины.

Для увеличения емкости и варьиро­вания ее возможных значений конден­саторы соединяют в батареи, при этом используется их параллельное и после­довательное соединения.

1. Параллельное соединение кон­денсаторов

У параллельно соединенных конденсаторов разность потенциалов на обкладках конденсато­ров одинакова и равна φ_А - φ_В. Если ем­кости отдельных конденсаторов

С₁, С₂ ….то, согласно (94.1), их заряды равны

А заряд батареи конденсаторов .

Полная ёмкость батареи .

т. е. при параллельном соединении кон­денсаторов она равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

2. Последовательное соединение конденсаторов. У последова­тельно соединенных конденсаторов заря­ды всех обкладок равны по модулю, а раз­ность потенциалов на зажимах батареи

, где для любого конденсатора . С другой стороны . Откуда .

т. е. при последовательном соединении конденсаторов суммируются величи­ны, обратные емкостям. Таким образом, при последовательном соединении кон­денсаторов результирующая емкость С всегда меньше наименьшей

емкости, используемой в батарее.