електрична ємність
Повідомимо електричний заряд деякого провідника.
При цьому провідник набуває електричний потенціал, що можна спостерігати, з'єднавши цей провідник з електроскопом. При збільшенні електричного заряду на провіднику збільшується і його електричний потенціал. Це видно по тому, що листочки електроскопа відхиляються на більший кут.
Здатність провідника нагромаджувати електричні заряди, підвищуючи при цьому свій електричний потенціал, називається електричною ємністю.
Математично електрична ємність С являє собою коефіцієнт пропорційності між електричним зарядом провідника і його електричним потенціалом.
При електричному потенціалі провідника, що дорівнює одиниці, електричний заряд на ньому чисельно дорівнює його електричної емкості.Такім чином, електрична ємність провідника чисельно дорівнює електричному заряду, що змінює електричний потенціал цього провідника на одиницю виміру потенціалу.
Одиницею електричної ємності є Фарада.
Провідник має ємність в одну фараду якщо зміна заряду на ньому на один кулон (1Кл) змінює його потенціал на один вольт (1В).
Фарада дуже велика одиниця; навіть такий великий провідник, як наша планета Земля має ємність 6,4 * 10 -4 Фаради. У практиці доводиться мати справу зі значно меншими ємностями.
1 Фарада = 10 6 микрофарад (мкФ) = 10 9 нанофарадах (нФ) = 10 12 пикофарад (пФ).
1 мікрофарад (мкФ) = 1000 нФ = 1000000 пФ
1 нанофарадах (нФ) = 1000 пФ
Розглянемо, від яких чинників залежить ємність провідників.
1. Повідомимо однакові за величиною електричні заряди двох металевих кулях різних розмірів. При цьому електричний потенціал меншого кулі буде великим за величиною, а електричний потенціал більшої кулі буде меншим. Застосуємо для цього випадку формулу C = q / U. Електричні заряди (тобто числители) в обох випадках однакові, а електричні потенціали різні. Отже, менший куля, електричний потенціал якого (знаменник у формулі) більше, має меншу ємністю, а більший шар - більшою ємністю.
Електрична ємність провідника залежить від його поверхні: чим більше поверхня провідника, тим більше його електрична ємність
Електрична ємність провідника не залежить від його маси і матеріалу. Візьмемо три кулі однакових розмірів: порожнистий мідний, суцільний мідний і суцільний алюмінієвий - їх електричні ємності однакові за величиною.
2. Електрична ємність провідника залежить від діелектрика, в якому знаходиться провідник.
Під дією зарядженого провідника в діелектрику відбувається поляризація, Поляризаційні заряди, за знаком протилежні заряду провідника, притягуються до провідника. Ці заряди частково пов'язують електричні заряди на провіднику, т. Е. Частково нейтралізують їх дію. В результаті електричний потенціал провідника зменшується, хоча накопичений на ньому електричний заряд залишився без змін. З формули C = q / U слід, що при цьому збільшується ємність.
Відомо, що величина поляризації діелектрика характеризується його діелектричної проникністю ε. Отже, ємність провідника залежить від діелектричної проникності діелектрика, в якому цей провідник знаходиться. Нехай наприклад, ємність провідника в вакуумі (або в повітрі) дорівнює Cвак .. Якщо тепер цей же провідник помістити в діелектрик з діелектричною проникністю ε, то ємність провідника буде дорівнює: С = Свак. ε.
3. Ємність провідника залежить від наявності поблизу нього інших провідників.
В результаті електростатичної індукції під дією зарядженого провідника на розташованому поблизу нейтральному провіднику відбувається поділ електричних зарядів. При цьому на стороні, найближчої до зарядженого провідника, зосереджуються заряди, за знаком протилежні зарядів на цьому провіднику. Ці заряди пов'язують і частково нейтралізують заряди досліджуваного провідника. В результаті зменшується його електричний потенціал при незмінному електричному заряді на ньому. Це означає, що збільшилася електрична ємність провідника. Чим ближче від досліджуваного провідника знаходяться інші провідники, тим більше буде пов'язаних зарядів і сильніше їх дію на досліджуваний провідник, значить тим більше ємність цього провідника.
Наведемо кілька прикладів.
Одне провідна лінія зв'язку має електричну ємністю, як і всякий провідник, Величина цієї ємності залежить від відстані від проводу до землі, яка є другим провідником, Ємність такої лінії невелика, так як це відстань досить значно, а діелектриком є повітря, що характеризується малою діелектричною проникністю .Значітельно більше ємність двопровідної лінії зв'язку, так як відстань між проводами у багато разів менше, ніж відстань від кожного проводу до землі. Набагато більше ємність між жилами в електричних кабелю. Це пояснюється дуже малою відстанню між жилами кабелю, а також застосуванням між жилами ізоляції з більшою діелектричної проникністю. Електричні ємності між провідниками в апаратурі зв'язку дуже впливають на роботу цієї апаратури.