5. Энергия электрического поля конденсатора
При подключении конденсатора к источнику
постоянного напряжения (рис.28) происходит
зарядка конденсатора. На обкладках
накапливаются электрические заряды,
которые создают в его диэлектрике
электрическое поле. При этом в цепи
протекает ток 
.
Рис.28
Этот процесс связан с расходом энергии источника.
На рис. 28 показана схема подключения конденсатора с идеальным диэлектриком и резистора к источнику питания. . Уравнение электрического состояния схемы при зарядке конденсатора имеет вид:
(3-19)
Чтобы перейти к выражению для энергии,
умножим правую и левую части равенства
на 
:
(3-20)
Выражение представляет собой энергетический баланс цепи, так как Uidt– энергия выделенная источником в цепь за времяdt;ucidt– часть энергии источника, затраченная на зарядку конденсатора, т.е. на накопление электрических зарядов, следовательно, на создание электрического поля;i2rdt– часть энергии источника, затраченная на нагревание резистора (тепловая энергия цепи).
При зарядке конденсатора до напряжения Uисточник расходует энергию
(3-21)
Подставив в это выражение значение тока, получим
Проинтегрируем это выражение:
W= 
.
(3-22)
В то же время энергия поля конденсатора
Подставив в данное выражение значение тока, определим
dt
Проинтегрируем полученное выражение:
(3-23)
Сопоставление последних двух выражений позволяет сделать вывод : при полной зарядке конденсатора до напряжения источника на создание электрического поля расходуется половина энергии источника.
Последнее выражение также показывает, что энергия электрического поля зависит от емкости конденсатора, напряжения, до которого он заряжается, и не зависит от времени зарядки конденсатора.
Последнюю формулу можно преобразовать следующим образом:
(3-24)
Формула отражает связь энергии электрического поля с параметрами электрической цепи.
6. Электрический пробой диэлектрика
В нормальных условиях, т.е. пока напряженность электрического поля не превышает допустимых значений, свойства диэлектрика практически не изменяются, и диэлектрик является изолятором.
Предельное значение напряженности
электрического поля, при котором
диэлектрик сохраняет свои диэлектрические
свойства называют допустимой напряженностью
Напряженность, при которой происходит
нарушение изоляционных свойств
диэлектрика (пробой) называютпробивной–
Пробивная напряженность характеризует
электрическую прочность диэлектрика
(табл.5).
Напряжение, при котором происходит
пробой диэлектрика, называют пробивным
напряжением 
,
которое определяется соотношением
(3-25)
где d– толщина диэлектрика.
Таблица 5
Электрическая прочность зависит от температуры, влажности и толщины слоя диэлектрика.
Пробой диэлектрика может быть тепловым или электрическим.
Тепловой пробой происходит при значительном повышении температуры. В каждом диэлектрике за счет неоднородности его состава имеются микро или макроскопические каналы с повышенной электропроводностью, в которых реализуются токи с повышенной плотностью. Нагревание диэлектрика вызывает уменьшение его сопротивления, т.к. температурный коэффициент диэлектриков отрицателен ( у металлов этот коэффициент положителен). Это вызывает дальнейшее нарастание тока в канале. Процесс повышения температуры и дальнейшего возрастания тока утечки может продолжаться до теплового разрушения диэлектрика – обугливания, растрескивания, расплавления с возникновением электрической дуги.
Электрический пробой происходит при значительном повышении напряжения электрического поля, превышающей допустимое значение для данного диэлектрика. Под действием сил поля ионы приобретают большие скорости и, сталкиваясь с молекулами диэлектрика, ионизируют их. В результате происходит лавинообразное возрастание электрического тока, разрушающего изоляцию