Kapaciteti elektrik. Njësitë e kapacitetit elektrik. Kondensatorët. Sa është kapaciteti elektrik i një kondensatori? Kapaciteti elektrik i një kondensatori të sheshtë do të ndryshojë nëse ndryshoni
Formula për kapacitetin elektrik është si më poshtë.
Kjo vlerë matet në farads. Në mënyrë tipike, kapaciteti i qelizave është shumë i vogël dhe matet në pikofarada.
Në probleme, shpesh pyetet se si do të ndryshojë kapaciteti elektrik i një kondensatori nëse rritet ngarkesa ose voltazhi. Kjo është një pyetje hile. Le të nxjerrim një analogji tjetër.
Imagjinoni sikur po flasim për një kavanoz të zakonshëm, jo \u200b\u200bpër një kondensator. Për shembull, keni një tre litërsh. Një pyetje e ngjashme: çfarë ndodh me kapacitetin e një kutie nëse derdhni 4 litra ujë në të? Sigurisht, uji thjesht do të derdhet, por madhësia e kanaçes nuk do të ndryshojë në asnjë mënyrë.
Theshtë e njëjta gjë me kondensatorët. Ngarkesa dhe voltazhi nuk kanë efekt në kapacitet. Ky parametër varet vetëm nga dimensionet aktuale fizike.
Formula do të jetë si më poshtë
Vetëm këto parametra ndikojnë në kapacitetin real elektrik të kondensatorit.
Çdo kondensator është shënuar me parametra teknikë.
Nuk është e vështirë ta kuptosh. Një njohuri minimale e energjisë elektrike është e mjaftueshme.
Lidhja e kondensatorëve
Kondensatorët, si rezistencat, mund të lidhen në seri dhe paralelisht. Përveç kësaj, ekzistojnë përbërje të përziera në skema.
Siç mund ta shihni, kapaciteti elektrik i kondensatorit llogaritet ndryshe në të dy rastet. Kjo vlen edhe për tensionin dhe ngarkesën. Formulat tregojnë se kapaciteti elektrik i kondensatorit, ose më mirë, kombinimi i tyre në qark, do të jetë më i madhi kur lidhet paralelisht. Me sekuencën, kapaciteti total zvogëlohet ndjeshëm.
Kur lidhet në seri, ngarkesa shpërndahet në mënyrë të barabartë. Do të jetë e njëjtë kudo - si në total ashtu edhe në secilin kondensator. Dhe kur lidhja është paralele, ngarkesa totale shtohet. Kjo është e rëndësishme të mbani mend kur zgjidhni problemet.
Tensioni konsiderohet i kundërt. Me një lidhje serike, shtojmë, dhe me një lidhje paralele, është e barabartë kudo.
Këtu duhet të zgjidhni: nëse keni nevojë për më shumë tension, atëherë ne sakrifikojmë kapacitetin. Nëse kapaciteti, atëherë nuk do të ketë tension të madh.
Llojet e kondensatorëve
Ekziston një numër i madh i kondensatorëve. Ato ndryshojnë si në madhësi ashtu edhe në formë.
Sigurisht, kapaciteti llogaritet ndryshe për të gjithë.
Kapaciteti elektrik i një kondensatori të sheshtë
Kapaciteti elektrik i një kondensatori të sheshtë është më e lehtë për tu përcaktuar. Kjo formulë përgjithësisht mbahet mend nga të gjithë, ndryshe nga të tjerët.
E gjitha varet nga parametrat fizikë dhe mjedisi midis pllakave.
Alsoshtë gjithashtu e rëndësishme se cili dielektrik ose material është vendosur brenda. Meqenëse pjesa ka madhësinë e sferës, kapaciteti i saj varet nga rrezja.
Në rastin e një forme cilindrike, përveç mediumit brenda, rrezja dhe gjatësia e cilindrit janë të rëndësishme.
Mendoni se si do të ndryshojë kapaciteti elektrik i një kondensatori të sheshtë nëse dëmtohet? Ekzistojnë dështime të ndryshme që mund të ndikojnë në performancën e kondensatorëve.
Për shembull, ato thahen ose fryhen. Pas kësaj, ato bëhen të papërshtatshme për funksionimin normal të pajisjes ku janë instaluar.
Konsideroni shembuj të dëmtimit dhe dështimit të kondensatorëve. Të gjithë mund të fryhen menjëherë.
Ndonjëherë vetëm disa dështojnë. Kjo ndodh kur kondensatorë me parametra ose cilësi të ndryshëm.
Një shembull ilustrues i prishjes (fryrje, grisje dhe ikja e përmbajtjes).
Nëse shihni kaseta si kjo, është dëm ekstrem. Nuk mund të jetë më keq.
Nëse vëreni kondensatorë të tillë të fryrë në një pajisje (për shembull, një kartë video në një kompjuter), kjo është një arsye për të menduar për zëvendësimin e një pjese.
Probleme të tilla mund të eliminohen vetëm duke e zëvendësuar atë me një pjesë të ngjashme. Ju duhet të përputhni të gjithë parametrat një me një. Përndryshe, puna mund të jetë e pasaktë ose shumë afatshkurtër.
Kondensatorët duhet të ndryshohen me kujdes pa dëmtuar tabelën. Ju duhet të bashkoni shpejt, duke shmangur mbinxehjen. Nëse nuk dini si ta bëni këtë, është më mirë të merrni pjesën për riparim.
Shkaku kryesor i shkatërrimit është mbinxehja, e cila ndodh në rast të plakjes ose rezistencës së lartë në qark.
Rekomandohet të mos vononi riparimin. Meqenëse kondensatorët e dëmtuar ndryshojnë kapacitetin e tyre, pajisja ku janë vendosur do të funksionojë në mënyrë jonormale. Dhe me kalimin e kohës, kjo mund të shkaktojë dështim.
Nëse keni kondensatorë të fryrë në kartën tuaj video, atëherë zëvendësimi i tyre në kohë mund të korrigjojë situatën. Përndryshe, mikrocircuit ose diçka tjetër mund të digjet. Në këtë rast, riparimet do të jenë shumë të kushtueshme ose madje të pamundura.
Masa paraprake
Shembulli i mësipërm ishte me një kuti me ujë. Thoshte që nëse derdhni më shumë ujë, atëherë uji do të derdhet. Tani mendoni se ku mund të "derdhen" elektronet në kondensator? Mbi të gjitha, është vulosur plotësisht!
Nëse vendosni më shumë rrymë në qark sesa është parashikuar kondensatori, atëherë posa të karikohet, teprica e tij do të përpiqet të shkojë diku. Dhe nuk ka hapësirë \u200b\u200btë lirë. Rezultati do të jetë një shpërthim. Nëse ngarkesa tejkalohet pak, pambuku do të jetë i vogël. Por nëse vendosni një sasi kolosale të elektroneve në një kondensator, ajo thjesht do të shpërthejë, dhe dielektriku do të dalë.
Bej kujdes!
Kondensator i sheshtë zakonisht quhet një sistem i pllakave përçuese të sheshta - pllaka të ndara nga një dielektrik. Thjeshtësia e dizajnit të një kondensatori të tillë e bën relativisht të lehtë për të llogaritur kapacitetin e tij elektrik dhe për të marrë vlera që përkojnë me rezultatet eksperimentale.
Ne do të rregullojmë dy pllaka metalike në mbështetëse izoluese dhe do t'i lidhim ato me elektrometrin në mënyrë që njëra prej pllakave të lidhet me shufrën e elektrometrit, dhe tjetra me trupin e saj metalik (Fig. 4.71). Me këtë lidhje, elektrometri do të masë diferencën e mundshme midis pllakave, të cilat formojnë një kondensator të sheshtë me dy pllaka. Kur kryeni kërkime, është e nevojshme të mbani mend se
në një vlerë konstante të ngarkesës së pllakave, një rënie në diferencën e mundshme tregon një rritje të kapacitetit elektrik të kondensatorit, dhe anasjelltas.
Le të informojmë pllakat e ngarkesave të kundërta dhe të vërejmë devijimin e gjilpërës së elektrometrit. Sjellja e pllakave më afër njëra-tjetrës (zvogëlimi i distancës midis tyre), vërejmë një rënie në diferencën e mundshme. Kështu, me një rënie në distancën midis pllakave të kondensatorit, kapaciteti i tij elektrik rritet. Me rritjen e distancës, leximet e shigjetës së elektrometrit rriten, gjë që është dëshmi e një rënie të kapacitetit elektrik.
në përpjesëtim të zhdrejtë me distancën ndërmjet pllakave të saj.
C 1 / d,
ku d - distanca midis pllakave.
Kjo varësi mund të përshkruhet nga një grafik i varësisë së kundërt proporcionale (Fig. 4.72).
Ne do t'i zhvendosim pllakat njërën në krahasim me tjetrën në plane paralele, pa ndryshuar distancën midis tyre.
Në këtë rast, zona e mbivendosur e pllakave do të ulet (Fig. 4.73). Një rritje në diferencën e mundshme, të vërejtur nga një elektrometër, do të tregojë një rënie të kapacitetit elektrik.
Një rritje në zonën e mbivendosjes së shtratit do të rrisë kapacitetin.
Kapaciteti elektrik i një kondensatori të sheshtë është proporcional me sipërfaqen e pllakave që mbivendosen.
CS,
ku S - zona e pllakave.
Kjo varësi mund të përfaqësohet nga një grafik i varësisë së drejtpërdrejtë proporcionale (Fig. 4.74).
Pasi kemi kthyer pllakat në pozicionin e tyre fillestar, ne futim një dielektrik të sheshtë në hapësirën midis tyre. Elektrometri do të vërejë një ulje të ndryshimit të mundshëm midis pllakave, gjë që tregon një rritje të kapacitetit të kondensatorit. Nëse një tjetër dielektrik vendoset midis pllakave, atëherë ndryshimi i kapacitetit elektrik do të jetë i ndryshëm.
Kapaciteti elektrik i një kondensatori të sheshtë Varet nga konstanta dielektrike e dielektrikut.
C ~ ε ,
ku ε - konstanta dielektrike e një dielektrike. Material nga faqja
Kjo varësi tregohet në grafikun në Fig. 4.75.
Rezultatet e eksperimenteve mund të përmblidhen në formë formula për kapacitetin e një kondensatori të sheshtë:
C \u003dεε 0 S /d,
ku S - zona e pllakës; d - distanca midis tyre; ε - konstanta dielektrike e dielektrikut; ε 0 - konstante elektrike.
Kondensatorët, të cilët përbëhen nga dy pllaka, përdoren shumë rrallë në praktikë. Në mënyrë tipike, kondensatorët kanë shumë pllaka të lidhura në një model specifik.
Në këtë faqe material për tema:
Zgjidhja e problemeve në temën e kapacitetit elektrik të një kondensatori të sheshtë
Si ndikon një dielektrik në kapacitetin elektrik?
Teoria e kondensatorit të sheshtë
Grafiku i kapacitetit elektrik të një kondensatori të sheshtë nga zona e pllakave të tij
Konkluzion mbi kapacitetin elektrik
Pyetjet në lidhje me këtë material:
Cila është struktura e një kondensatori të sheshtë?
Duke ndryshuar çfarë vlere në eksperiment, mund të bëni një përfundim në lidhje me ndryshimin e kapacitetit elektrik?
-
Merrni parasysh dy përçues të ngarkuar. Le të supozojmë se të gjitha linjat e forcës duke filluar nga njëra prej tyre përfundojnë në tjetrën. Për këtë, natyrisht, ata duhet të kenë akuza të barabarta dhe të kundërta. Një sistem i tillë i dy trupave përçues quhet kondensator.
Shembuj të kondensatorëve. Shembuj të kondensatorëve janë dy sfera përçuese koncentrike (një kondensator sferik, ose top,), dy pllaka përçuese të sheshta paralele, me kusht që distanca midis tyre të jetë e vogël krahasuar me dimensionet e pllakave (kondensatori i sheshtë), dy cilindra përçues boshtor, me kusht që gjatësia e tyre i madh në krahasim me hendekun midis cilindrave (kondensatori cilindrik).
Dy përçuesit që përbëjnë kondensatorin quhen pllaka.
Figura: 41. Fusha elektrike në kondensatorë sferikë, të sheshtë dhe cilindrik
Në të gjitha sistemet e tilla, kur ngarkesat me madhësi të barabartë dhe shenjë e kundërt i jepen pllakave, fusha elektrike pothuajse tërësisht përmbahet në hapësirën midis pllakave (Fig. 41). Pamja e disa kondensatorëve të përdorur në teknologji është treguar në Fig. 42
Karakteristika kryesore e një kondensatori është kapaciteti elektrik ose thjesht kapaciteti C, i përcaktuar si raporti i ngarkesës së njërës prej tyre
pllaka në ndryshimin e mundshëm, dmth. në tension, midis tyre:
Shpërndarja e ngarkesave në pllaka do të jetë e njëjtë pavarësisht nëse u ngarkohet një ngarkesë e madhe apo e vogël. Kjo do të thotë që forca e fushës, dhe për këtë arsye ndryshimi i mundshëm midis pllakave, është proporcionale me ngarkesën e dhënë në kondensator. Prandaj, kapaciteti i kondensatorit nuk varet nga ngarkesa e tij.
Figura: 42. Pajisja, pamja dhe simbolet në qarqet elektrike të disa kondensatorëve
Në një vakum, kapaciteti përcaktohet vetëm nga karakteristikat gjeometrike të kondensatorit, domethënë nga forma, madhësia dhe rregullimi i ndërsjellë i pllakave.
Njësitë e kapacitetit. Në SI, një farad miratohet si një njësi e kapacitetit elektrik. Kapaciteti 1 F posedohet nga një kondensator, midis pllakave të të cilit vendoset një tension prej 1 V kur komunikohet ngarkesa prej 1 C:
Në sistemin absolut elektrostatik të njësive të CGSE, kapaciteti elektrik ka dimensionin e gjatësisë dhe matet në centimetra:
Në praktikë, zakonisht duhet të merret me kondensatorë kapaciteti i të cilave është shumë më pak se 1 F. Prandaj, përdoren fraksione të kësaj njësie - mikrofarada (μF) dhe picofarad. Raporti midis faradit dhe centimetrit është i lehtë për t'u vendosur duke pasur parasysh atë
Kapaciteti dhe gjeometria e kondensatorit. Varësia e kapacitetit të një kondensatori nga karakteristikat e tij gjeometrike mund të ilustrohet lehtësisht nga eksperimente të thjeshta. Për këtë do të përdorim një elektrometër të lidhur me dy pllaka të sheshta, distanca ndërmjet të cilave mund të ndryshohet (Fig. 43). Në mënyrë që ngarkesat e pllakave të jenë të njëjta dhe e gjithë fusha të përqendrohet vetëm midis tyre, pllaka e dytë dhe trupi i elektrometrit duhet të tokëzohen. Devijimi i gjilpërës së elektrometrit është proporcional me tensionin midis pllakave. Nëse lëvizim ose lëvizim larg pllakave të kondensatorit, atëherë me një ngarkesë konstante, voltazhi do të ulet ose rritet në përputhje me rrethanat: kapaciteti është më i madh, aq më e vogël është distanca midis pllakave. Në mënyrë të ngjashme, mund të siguroheni që kapaciteti i kondensatorit është më i madh, aq më e madhe është zona e pllakave të tij. Për ta bërë këtë, thjesht mund të lëvizni pllakat me të njëjtën boshllëk midis tyre.
Figura: 43. Kapaciteti i kondensatorit varet nga distanca midis pllakave
Kapaciteti i një kondensatori të sheshtë. Ne marrim formulën për kapacitetin e një kondensatori të sheshtë. Fusha midis pllakave të saj është uniforme, përveç një zone të vogël afër skajeve të pllakave. Prandaj, voltazhi midis pllakave është i barabartë me produktin e forcës së fushës E në distancën midis tyre: Për të gjetur forcën e fushës E, mund të përdorni formulën (1) 6, e cila lidh E afër sipërfaqes së përcjellësit me dendësinë e ngarkesës sipërfaqësore c: Le të shprehim një përmes ngarkesës së kondensatorit dhe zonës së pllakës, duke llogaritur shpërndarja e ngarkesës është uniforme, e cila është në përputhje me supozimin e përdorur në lidhje me homogjenitetin e fushës:
Në SI, ku kapaciteti i një kondensatori të sheshtë ka formën
Në sistemin e njësive CGSE, k \u003d 1 dhe
Kapaciteti i një kondensatori sferik. Pikërisht në të njëjtën mënyrë, ne mund të nxjerrim një formulë për kapacitetin e një kondensatori sferik, duke marrë parasysh fushën elektrike në hendekun midis dy sferave koncentrike të ngarkuara të rrezeve. Fuqia e fushës është e njëjtë si në rastin e një topi të vetmuar të ngarkuar me rreze. Prandaj, voltazhi midis pllakave të rrezeve është
Shprehja për kapacitetin merret duke zëvendësuar në formulën (1):
Kapaciteti i një dirigjenti të vetmuar. Ndonjëherë prezantohet koncepti i kapacitetit të një përcjellësi të vetmuar, duke marrë parasysh rastin kufizues të një kondensatori, një nga pllakat e të cilit hiqet deri në pafundësi. Në veçanti, kapaciteti i një topi përçues të vetmuar merret nga (5) si rezultat i kalimit në kufi, i cili korrespondon me një rritje të pakufizuar në rrezen e pllakës së jashtme me një rreze konstante të brendshme
Në sistemin e njësive CGSE, ku kapaciteti i një sfere të vetmuar është i barabartë me rrezen e saj. Nëse përcjellësi ka një formë jo-sferike, kapaciteti i tij është i barabartë në rend të madhësisë me madhësinë lineare karakteristike, megjithëse, natyrisht, kjo varet edhe nga forma e tij. Ndryshe nga një përcjellës i vetmuar, kapaciteti i një kondensatori është shumë më i madh se dimensionet e tij lineare. Për shembull, për një kondensator të sheshtë, madhësia lineare karakteristike është e barabartë me vendin. Siç mund të shihet nga formula (4), në këtë rast
Kondensator dielektrik. Në shembujt e mësipërm të kondensatorëve, hapësira midis pllakave u konsiderua e zbrazët. Sidoqoftë, shprehjet e marra për kapacitetin janë gjithashtu të vlefshme kur kjo hapësirë \u200b\u200bmbushet me ajër, siç ishte në eksperimentet e përshkruara të thjeshta. Nëse hapësira midis pllakave është e mbushur me një lloj dielektrike, kapaciteti i kondensatorit rritet. Kjo mund të verifikohet lehtësisht në mënyrë eksperimentale duke shtyrë një pllakë dielektrike në hendekun midis pllakave të një kondensatori të ngarkuar të lidhur me një elektrometër (Fig. 43). Me një ngarkesë të vazhdueshme të kondensatorit, voltazhi midis pllakave zvogëlohet, gjë që tregon një rritje të kapacitetit.
Një rënie në diferencën e mundshme midis pllakave kur aty futet një pllakë dielektrike tregon se forca e fushës elektrike në boshllëk bëhet më e vogël. Kjo ulje varet nga lloji i dielektrikut që përdoret në eksperiment.
Konstanta dielektrike. Për të karakterizuar vetitë elektrike të një dielektrike, futet një sasi fizike, e quajtur konstante dielektrike. Konstanta dielektrike është një sasi pa dimension që tregon se sa herë forca e fushës elektrike në një kondensator të mbushur me një dielektrik (ose voltazhi midis pllakave të tij) është më i vogël se në mungesë të një dielektrike me të njëjtën ngarkesë kondensatori. Me fjalë të tjera, konstanta dielektrike tregon sa herë rritet kapaciteti i një kondensatori kur mbushet me dielektrik. Për shembull, kapaciteti i një kondensatori të sheshtë të mbushur me një dielektrik me lejueshmëri është
Përkufizimi i konstantës dielektrike të dhënë këtu korrespondon me qasjen fenomenologjike, në të cilën merren parasysh vetëm vetitë makroskopike të materies në një fushë elektrike. Qasja mikroskopike, bazuar në shqyrtimin e polarizimit të atomeve ose molekulave që përbëjnë një substancë, përfshin studimin e një modeli specifik dhe lejon jo vetëm për të përshkruar në detaje fushat elektrike dhe magnetike brenda substancës, por edhe për të kuptuar se si ndodhin fenomenet makroskopike elektrike dhe magnetike në substancë. Në këtë fazë, ne kufizohemi vetëm në qasjen fenomenologjike.
Figura: 44. Lidhja paralele e kondensatorëve
Për dielektrikët e ngurtë, vlera varion nga 4 në 7 dhe për lëngun - nga 2 në 81. Uji i zakonshëm i pastër ka një konstante dielektrike kaq të lartë anormalisht të lartë. Përveç një kondensatori ajri me kapacitet të ndryshueshëm (shih Fig. 42), që përdoret për të akorduar radio marrësit, të gjithë kondensatorët e tjerë të përdorur në teknologji janë të mbushur me një dielektrik.
Bankat e kondensatorëve. Kur përdorni kondensatorë, ata nganjëherë janë të lidhur për të formuar bateri. Kur lidhen paralelisht (Fig. 44), tensionet nëpër kondensatorë janë të njëjtë, dhe ngarkesa totale e baterisë është e barabartë me shumën e ngarkesave të kondensatorëve për secilën prej të cilave, padyshim, është e drejtë Duke e konsideruar baterinë si një
kondensator, kemi
Ne anen tjeter,
Duke krahasuar (8) dhe (9), zbulojmë se kapaciteti i baterisë së kondensatorëve të lidhur paralelisht është i barabartë me shumën e kapaciteteve të tyre:
Figura: 45. Lidhja serike e kondensatorëve
Me një lidhje seri të kondensatorëve të pa ngarkuar më parë (Fig. 45), ngarkesat në të gjithë kondensatorët janë të njëjta, dhe voltazhi total është i barabartë me shumën e tensioneve në kondensatorë individualë:
Nga ana tjetër, duke e konsideruar baterinë si një kondensator, ne kemi
Duke krahasuar (11) dhe (12), shohim se kur kondensatorët lidhen në seri, shtohen vlerat e kundërta me kapacitetet:
Kur lidhet në seri, kapaciteti i baterisë është më i vogël se më i vogli i kondensatorëve të lidhur.
Kur dy trupa përçues formojnë një kondensator?
Çfarë quhet ngarkesë kondensatori?
Si të vendosni një marrëdhënie midis njësive të kapacitetit SI dhe CGSE?
Shpjegoni në mënyrë cilësore pse kapaciteti i një kondensatori rritet ndërsa hendeku midis pllakave zvogëlohet.
Merrni një formulë për kapacitetin e një kondensatori të sheshtë, duke konsideruar fushën elektrike në të si një superpozicion të fushave të krijuara nga dy aeroplanë të ngarkuar në mënyrë të kundërt.
Merrni një formulë për kapacitetin e një kondensatori të sheshtë, duke e konsideruar atë si rastin kufizues të një kondensatori sferik, në të cilin ata priren të pafund në mënyrë që ndryshimi të mbetet konstant.
Pse nuk mund të flasim për kapacitetin e një pllake të sheshtë të pafund të vetmuar ose një cilindri të veçantë pafundësisht të gjatë?
Shkurtimisht përshkruani ndryshimin midis qasjeve fenomenologjike dhe mikroskopike për studimin e vetive të lëndës në një fushë elektrike.
Cili është kuptimi i konstantës dielektrike të një substance?
Pse, kur llogaritni kapacitetin e baterisë së kondensatorëve të lidhur me seri, ishte përcaktuar që ata nuk ishin ngarkuar më parë?
Cila është pika e lidhjes së kondensatorëve në seri nëse çon vetëm në uljen e kapacitetit?
Fusha brenda dhe jashtë kondensatorit. Për të theksuar ndryshimin midis asaj që quhet ngarkesa e një kondensatori dhe ngarkesës totale të pllakave, merrni parasysh shembullin e mëposhtëm. Lëreni pllakën e jashtme të kondensatorit sferik të tokëzohet, dhe asaj të brendshme i jepet një ngarkesë d. E gjithë kjo ngarkesë do të shpërndahet në mënyrë të barabartë në sipërfaqen e jashtme të pllakës së brendshme. Pastaj një ngarkesë induktohet në sipërfaqen e brendshme të sferës së jashtme, prandaj, ngarkesa e kondensatorit është e barabartë. Dhe çfarë do të ndodhë në sipërfaqen e jashtme të sferës së jashtme? Varet nga ajo që rrethon kondensatorin. Lejoni, për shembull, të ketë një ngarkesë pikë në një distancë nga sipërfaqja e sferës së jashtme (Fig. 46). Kjo ngarkesë në asnjë mënyrë nuk do të ndikojë në gjendjen elektrike të hapësirës së brendshme të kondensatorit, d.m.th., fushën midis pllakave të tij. Në të vërtetë, hapësirat e brendshme dhe të jashtme ndahen nga trashësia e metalit të pllakës së jashtme, në të cilën fusha elektrike është e barabartë me zero.
Figura: 46. \u200b\u200bKondensator sferik në një fushë elektrike të jashtme
Ngarkoni në sipërfaqen e jashtme të pllakës. Por natyra e fushës në hapësirën e jashtme dhe ngarkesa e shkaktuar në sipërfaqen e jashtme të sferës së jashtme varet nga madhësia dhe pozicioni i ngarkesës. Kjo fushë do të jetë saktësisht e njëjtë si në rastin kur ngarkesa është e vendosur në një distancë nga sipërfaqja e një topi të fortë metali të bazuar, rrezja e së cilës është e barabartë me rrezen sfera e jashtme e kondensatorit (fig. 47). Ngarkesa e induktuar do të jetë e njëjtë.
Për të gjetur madhësinë e ngarkesës së induktuar, ne do të argumentojmë si më poshtë. Një fushë elektrike në çdo pikë të hapësirës krijohet nga një ngarkesë dhe një ngarkesë e detyruar
në sipërfaqen e topit, e cila është shpërndarë atje, natyrisht, në mënyrë të pabarabartë - vetëm në mënyrë që forca e fushës që rezulton brenda topit të zhduket. Sipas parimit të mbivendosjes, potenciali në çdo pikë mund të kërkohet në formën e shumës së potencialeve të fushave të krijuara nga një ngarkesë pikë dhe ngarkesa pikë, në të cilën ngarkesa e induktuar e shpërndarë në sipërfaqen e topit mund të ndahet. Meqenëse të gjitha ngarkesat elementare në të cilat prishet ngarkesa e induktuar në sipërfaqen e topit janë në të njëjtën distancë nga qendra e topit, potenciali i fushës i krijuar prej saj në qendër të topit do të jetë i barabartë me
Figura: 47. Fusha e një ngarkese pikë pranë një topi përçues të bazuar
Atëherë potenciali total në qendër të topit të bazuar është
Shenja minus pasqyron faktin se ngarkesa e induktuar është gjithmonë e shenjës së kundërt.
Pra, ne shohim se ngarkesa në sipërfaqen e jashtme të sferës së jashtme të kondensatorit përcaktohet nga mjedisi në të cilin ndodhet kondensatori dhe nuk ka asnjë lidhje me ngarkesën e kondensatorit e. Ngarkesa totale e pllakës së jashtme të kondensatorit, natyrisht, është e barabartë me shumën e ngarkesave të sipërfaqeve të saj të jashtme dhe të brendshme, megjithatë ngarkesa e kondensatorit përcaktohet vetëm nga ngarkesa e sipërfaqes së brendshme të kësaj pllake, e cila lidhet nga linjat e forcës së fushës me ngarkesën e pllakës së brendshme.
Në shembullin e konsideruar, pavarësia e fushës elektrike në hapësirën midis pllakave të kondensatorit dhe, për këtë arsye, kapaciteti i saj nga trupat e jashtëm (të dy të ngarkuar dhe të pa ngarkuar) është për shkak të mbrojtjes elektrostatike, d.m.th., trashësisë së metalit të pllakës së jashtme. Se çfarë mund të çojë mungesa e një mbrojtjeje të tillë mund të shihet në shembullin vijues.
Kondensator i sheshtë me ekran. Konsideroni një kondensator të sheshtë në formën e dy pllakave paralele metalike, fusha elektrike e së cilës është pothuajse tërësisht e përqendruar në hapësirën midis pllakave. Ne e mbyllim kondensatorin në një kuti të sheshtë metalike të pa ngarkuar, siç tregohet në Fig. 48. Në shikim të parë, mund të duket se fotografia e fushës midis pllakave të kondensatorit nuk do të ndryshojë, pasi e gjithë fusha është e përqendruar midis pllakave, dhe ne neglizhojmë efektin e skajit. Sidoqoftë, është e lehtë të shohësh se nuk është kështu. Jashtë kondensatorit, forca e fushës është zero, prandaj, në të gjitha pikat në të majtë të kondensatorit, potenciali është i njëjtë dhe përkon me potencialin e pllakës së majtë. Në të njëjtën mënyrë, potenciali i çdo pike në të djathtë të kondensatorit përkon me potencialin e pllakës së djathtë (Fig. 49). Prandaj, duke mbyllur kondensatorin në një kuti metalike, ne lidhim pikat me potencial të ndryshëm me një dirigjent.
Si rezultat, një rishpërndarje e ngarkesave do të ndodhë në kutinë metalike derisa potencialet e të gjitha pikave të saj të jenë të barabarta. Ngarkesat induktohen në sipërfaqen e brendshme të kutisë, dhe një fushë elektrike shfaqet brenda kutisë, domethënë, jashtë kondensatorit (Fig. 50).
Figura: 48. Kondensator në një kuti metalike
Figura: 49. Fusha elektrike e një kondensatori të sheshtë të ngarkuar
Figura: 50. Fusha elektrike e një kondensatori të ngarkuar të vendosur në një kuti metalike
Por kjo do të thotë që ngarkesat do të shfaqen edhe në sipërfaqet e jashtme të pllakave të kondensatorit. Meqenëse ngarkesa totale e pllakës së izoluar nuk ndryshon në këtë rast, ngarkesa në sipërfaqen e saj të jashtme mund të lindë vetëm për shkak të rrjedhjes së ngarkesës nga sipërfaqja e brendshme. Por kur ngarkesa ndryshon në sipërfaqet e brendshme të pllakave, forca e fushës midis pllakave të kondensatorit do të ndryshojë.
Kështu, mbyllja e kondensatorit të konsideruar në një kuti metalike çon në një ndryshim të gjendjes elektrike të hapësirës së brendshme.
Ndryshimi i ngarkesave të pllakave dhe fushës elektrike në këtë shembull mund të llogaritet lehtësisht. Le të shënojmë ngarkesën e një kondensatori të izoluar përmes Ngarkesës që rrjedh në sipërfaqet e jashtme të pllakave kur vendosni kutinë, shënoni nga E njëjta ngarkesë e shenjës së kundërt do të induktohet në sipërfaqet e brendshme të kutisë. Në sipërfaqet e brendshme të pllakave të kondensatorit, do të mbetet një ngarkesë. Pastaj, në hapësirën midis pllakave, forca e fushës uniforme do të jetë e barabartë në njësitë SI, dhe jashtë kondensatorit fusha drejtohet në drejtim të kundërt dhe forca e saj është e barabartë me atë ku është zona e pllakës. Duke kërkuar që diferenca e mundshme midis mureve të kundërta të kutisë metalike të jetë e barabartë me zero, dhe duke supozuar, për thjeshtësi, distanca midis të gjitha pllakave të jetë e njëjtë dhe e barabartë atëherë
Ky rezultat është i lehtë për t’u kuptuar nëse marrim parasysh që pasi të vendosni kutinë, fusha ekziston në të tre boshllëqet midis pllakave, d.m.th., në fakt, ekzistojnë tre kondensatorë identikë, qarku ekuivalent i të cilit është treguar në Fig. 51. Duke llogaritur kapacitetin e sistemit rezultues të kondensatorëve, marrim.
Një kuti metalike në kondensator ofron mbrojtje elektrostatike të sistemit. Tani ne mund të sjellim ndonjë trup të ngarkuar ose pa ngarkesë në pjesën e jashtme të kutisë pa ndryshuar fushën elektrike brenda kutisë. Kjo do të thotë se as kapaciteti i sistemit nuk do të ndryshojë.
Le t'i kushtojmë vëmendje faktit që në shembullin e analizuar, pasi kemi zbuluar gjithçka që na interesonte, ne megjithatë anashkaluam pyetjen se cilat forca kryen rishpërndarjen e akuzave. Cila fushë elektrike bëri që elektronet të lëviznin në materialin e kutisë përçuese?
Padyshim, kjo mund të jetë vetëm ajo fushë joomogjene që shkon përtej kondensatorit afër skajeve të pllakës (shih Fig. 39). Megjithëse forca e kësaj fushe është e vogël dhe nuk merret parasysh gjatë llogaritjes së ndryshimit të kapacitetit, është ajo që përcakton thelbin e fenomenit në shqyrtim - ajo lëviz ngarkesat dhe në këtë mënyrë shkakton një ndryshim në fuqinë e fushës elektrike brenda kutisë.
Pse ngarkesa e një kondensatori nuk duhet të kuptohet si ngarkesa e plotë e pllakës, por vetëm ajo pjesë e saj që është në anën e saj të brendshme. përballë mbulesës tjetër?
Cili është roli i efekteve të skajit kur merren parasysh fenomenet elektrostatike në një kondensator?
Si do të ndryshojë kapaciteti i një banke kondensatorësh nëse pllakat e njërës prej tyre mbyllen?
Një nga parametrat më të rëndësishëm me të cilin karakterizohet një kondensator është kapaciteti i tij elektrik (C). Sasia fizike C, e barabartë me:
quhet kapaciteti i kondensatorit. Ku q është madhësia e ngarkesës së një prej pllakave të kondensatorit, dhe është ndryshimi i mundshëm midis pllakave të tij. Kapaciteti i një kondensatori është një vlerë që varet nga madhësia dhe dizajni i kondensatorit.
Për kondensatorët me të njëjtën pajisje dhe me ngarkesa të barabarta në pllakat e tij, diferenca e mundshme e kondensatorit të ajrit do të jetë një herë më e vogël se diferenca e mundshme midis pllakave të një kondensatori, hapësira e së cilës midis pllakave është e mbushur me një dielektrik me një konstante dielektrike. Pra, kapaciteti i një kondensatori me një dielektrik (C) është herë më i madh se kapaciteti elektrik i një kondensatori ajri ():
ku është konstanta dielektrike e dielektrikut.
Njësia e kapacitetit të një kondensatori është kapaciteti i një kondensatori të tillë, i cili ngarkohet nga një ngarkesë njësi (1 C) në një ndryshim potencial të barabartë me një volt (në SI). Njësia e kapacitetit të një kondensatori (si çdo kapacitet eklektik) në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI) është farad (F).
Kapaciteti elektrik i një kondensatori të sheshtë
Në shumicën e rasteve, fusha midis pllakave të një kondensatori të sheshtë konsiderohet e njëtrajtshme. Uniformiteti prishet vetëm afër skajeve. Kur llogaritni kapacitetin e një kondensatori të sheshtë, këto efekte buzë zakonisht neglizhohen. Kjo është e mundur nëse distanca midis pllakave është e vogël në krahasim me dimensionet e tyre lineare. Në këtë rast, kapaciteti i një kondensatori të sheshtë llogaritet si:
ku është konstanta elektrike; S është zona e secilës (ose më e vogla) pllakë; d është distanca midis pllakave.
Kapaciteti elektrik i një kondensatori të sheshtë, i cili përmban shtresa N të dielektrikut, trashësia e secilës, konstanta dielektrike përkatëse e shtresës së i-të, është:
Kapaciteti elektrik i një kondensatori cilindrik
Projektimi i një kondensatori cilindrik përfshin dy sipërfaqe përcjellëse cilindrike koaksiale (bosht të përbashkët) të rrezeve të ndryshme, hapësira ndërmjet të cilave është e mbushur me një dielektrik. Kapaciteti elektrik i një kondensatori të tillë gjendet si:
ku l është lartësia e cilindrave; - rrezja e mbulesës së jashtme; - rrezja e rreshtimit të brendshëm.
Kapacitetet e një kondensatori sferik
Një kondensator sferik quhet një kondensator, pllakat e të cilit janë dy sipërfaqe koncentrike përçuese sferike, hapësira midis tyre është e mbushur me një dielektrik. Kapaciteti i një kondensatori të tillë gjendet si:
ku janë rrezet e pllakave të kondensatorit.
Shembuj të zgjidhjes së problemit
SHEMBULL 1
Detyrë Pllakat e një kondensatori të sheshtë ajri mbajnë një ngarkesë që shpërndahet në mënyrë të barabartë me një dendësi sipërfaqeje. Në këtë rast, distanca midis pllakave të saj është e barabartë. Sa do të ndryshojë ndryshimi i mundshëm nëpër pllaka të këtij kondensatori nëse pllakat e tij lëvizen larg në një distancë? Vendimi Le të bëjmë një vizatim. 
Në problem, kur distanca midis pllakave të kondensatorit ndryshon, ngarkesa në pllakat e saj nuk ndryshon, ndryshon kapaciteti dhe ndryshimi i mundshëm në pllaka. Kapaciteti i një kondensatori të sheshtë është:
ku Kapaciteti i të njëjtit kondensator mund të përcaktohet si:
ku U është ndryshimi i mundshëm nëpër pllaka kondensatori. Për një kondensator në rastin e parë, ne kemi:
Për të njëjtin kondensator, por pasi pllakat të jenë larguar, kemi:
Përdorimi i formulës (1.3) dhe zbatimi i relacionit:
shprehin ndryshimin e mundshëm
Prandaj, për një kondensator në gjendjen e dytë, ne marrim:
Le të gjejmë ndryshimin në ndryshimin e mundshëm:
Përgjigje