14. Конденсаторы

Конденсаторы - устройства, об­ладающие способностью при малых размерах и небольших относительно окружающих тел потенциалах накапливать значительные по величине заряды, иными словами, обладать большой емкостью.

Конденсатор состоит из 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 делятся на плоские, цилиндрические и сферические.

15.Соединение конденсаторов

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

Параллельное соединение конденсаторов. У параллельно соединенных конденсаторов разность потенциалов на обкладках конденсаторов одинакова и равна φ_А-φ_B.Если емкости отдельных конденсаторов С₁ С₂ С_п, то, согласно (94.1), их заряды равны

Q₁=C₁(φ_А-φ_B),

Q₂=C₂(φ_А-φ_B),

…………………

Q_n=C_n(φ_А-φ_B),

а заряд батареи конденсаторов

Q=Σ Q_i= (C₁+C₂+…C_n)(φ_A-φ_B).

Полная емкость батареи C=Q/(φ_A-φ_B)= C₁+C₂+…C_n= Σ C_i т. е. при параллельном соединении конденсаторов она равна сумме емкостей отдель­ных конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов (рис. 145). У последовательно соеди­ненных конденсаторов заряды всех обкладок равны по модулю, а разность потенци­алов на зажимах батареи

где для любого из рассматриваемых конденсаторов Δφ_i=Q/С_i. С другой стороны

Δφ=Q/C=QΣ(1/C_i)

Откуда 1/С=Σ(1/С_i), 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.

16. Энергия электростатического поля

Следует отметить, что, строго говоря, термин энергия электромагнитного поля является не вполне корректным. Вычисление полной энергии электрического поля даже одного электрона приводит к значению равному бесконечности, поскольку соответствующий интеграл (см. ниже) расходится. Бесконечная энергия поля вполне конечного электрона составляет одну из теоретических проблем классической электродинамики. Вместо него в физике обычно используют понятие плотности энергии электромагнитного поля (в определенной точке пространства). Общая энергия поля равняется интегралу плотности энергии по всему пространству.

Плотность энергии электромагнитного поля является суммой плотностей энергий электрического и магнитного полей.

В системе СИ:

где E — напряжённость электрического поля, H — напряжённость магнитного поля,  — электрическая постоянная, и  — магнитная постоянная. Иногда для констант и  — используют термины диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость вакуума, — которые являются крайне неудачными, и сейчас почти не употребляются.