Контрольні запитання

1. Що являє собою найпростіший конденсатор ?

2. Який фізичний зміст ємності конденсатора ?

3. В яких одиницях вимірюють ємність конденсатора?

4. У чому полягає принцип вимірювання ємності конденсатора з використанням балістичного гальванометра?

5. У чому полягає принцип вимірювання ємності конденсатора за допомогою приладу ЕС7-13?

6. Виведіть формули для обчислення ємності батарей послідовно та паралельно з’єднаних конденсаторів.

7. Які бувають конденсатори? Від чого залежить їх ємність?

Література:: [1, §5.1 – 5.3; § 3.1 – 3.4; 2, § 100 ]

Лабораторна робота ЕП 3

Дослідження залежності електричної ємності конденсатора від площі перекривання пластин , відстані між ними та матеріалу діелектрика

Мета й завдання роботи: оволодіти навичками вимірювання електричної ємності конденсатора за допомогою сучасних вимірювальних приладів; перевірити на досліді залежність ємності плоского конденсатора від площі перекривання пластин, відстані між ними та матеріалу діелектрика; експериментально визначити діелектричну проникність різних матеріалів.

Основні теоретичні відомості

З двох різнойменно заряджених провідників можна утворити таку систему, електричне поле якої буде повністю або майже повністю зосереджене в області простору, обмеженого цими провідниками. Така система провідників називається конденсатором, а самі провідники – його обкладками. Залежно від форми обкладок конденсатори поділяють на плоскі, циліндричні, сферичні. За типом діелектрика між обкладками – на паперові, слюдяні, керамічні, електролітичні та ін. На кожному конденсаторі вказано його тип, ємність та максимальна робоча напруга. Оскільки зовні за обкладками конденсатора електричне поле відсутнє, то тіла, що оточують конденсатор практично не впливають на його ємність.

Конденсатори мають властивість накопичувати електричний заряд. Кожен конденсатор характеризується значенням електричної ємності. За визначенням електрична ємність – це фізична величина, яка чисельно дорівнює заряду на одній з обкладок конденсатора при одиничному значенні напруги (різниці потенціалів) між обкладками, тобто

С = . (ЕП 3.1)

Ємність конденсатора вимірюється у фарадах (Ф): 1 Ф = 1 Кл /1 В 1 фарад – це ємність такого конденсатора, у якого на одній з обкладок буде заряд 1 Кл при напрузі 1 В, або ємність такого конденсатора, у якого при зміні заряду на 1 Кл напруга змінюється на 1 В.

1 фарад – це дуже велике значення ємності, на практиці частіше використовуються міліфарадах (мФ), мікрофарадах (мкФ), нанофарадах (нФ), пікофарадах (пФ). Ємність конденсатора не залежить ні від заряду, ні від напруги на ньому. Вона залежить від розмірів, форми конденсатора, матеріалу діелектрика між обкладками.

Для прикладу розглянемо плоский конденсатор, обкладки якого паралельні одна одній. Нехай відстань між обкладками дорівнює d, площа перекривання обкладок – S. Приймемо, що лінійні розміри обкладок значно перевищують відстань між ними. Тоді поле між обкладками плоского конденсатора можна вважати однорідним. Заряд на обкладках розміщений рівномірно з поверхневою густиною σ = q/S.Оскільки електричне поле між обкладками плоского конденсатора однорідне, то напруженість Е = σ/εε₀, а напруга U = Ed = σ/εε₀ . Підставивши значення напруги U і величину заряду q = Sу формулу електроємності конденсатора, отримаємо

С = =, (ЕП 3.2)

де ε₀ – електрична стала; ε – діелектрична проникність матеріалу діелектрика, який заповнює простір між обкладками.

Як видно з формули (ЕП 3.2), електрична ємність плоского конденсатора прямо пропорційна площі перекривання обкладок S і обернено пропорційна відстані між ними d. Ємність лінійно залежить також від діелектричної проникності ε матеріалу діелектрика.