20. Kondensatory i dielektryki

20.1 Pojemność elektryczna

  Układ dwóch przewodników, który może gromadzić ładunek elektryczny, przy przyłożonej różnicy potencjałów, nazywamy kondensatorem , a te przewodniki okładkami kondensatora. Rysunek 20.1 przedstawia kondensator płaski, w którym przewodniki (okładki) stanowią dwie równoległe płytki przewodzące.

 Rys. 20.1. Kondensator płaski

Wielkością charakteryzującą kondensator jest jego pojemność, która definiujemy następująco

Definicja
Pojemnością elektryczną nazywamy stosunek ładunku kondensatora do różnicy potencjałów (napięcia) między okładkami.

(20.1)

Zwróćmy uwagę, że Q jest ładunkiem na każdym przewodniku, a nie ładunkiem wypadkowym na kondensatorze (ładunek wypadkowy równy jest zeru).

Pojemność kondensatora płaskiego możemy obliczyć z definicji (20.1) korzystając z równania (19.14)

(20.2)

Zauważmy, że pojemność zależy od kształtu okładek, ich rozmiaru i wzajemnego położenia. Oznacza to, że dla kondensatorów o innej geometrii obowiązują inne wzory. Równanie (20.2) obowiązuje dla kondensatora płaskiego znajdującego się w próżni. Zależność pojemność kondensatora od przenikalności elektrycznej ośrodka omówimy później.

Jednostki
W układzie SI jednostką pojemności jest farad (F); 1F = 1C/1V. Powszechnie stosuje się jednak mniejsze jednostki: μF, nF, pF.


Ćwiczenie
Żeby przekonać się, że farad jest dużą jednostką oblicz pojemność próżniowego kondensatora płaskiego, którego okładki o powierzchni 1 cm2 są umieszczone w odległości 1 mm od siebie. Sprawdź obliczenia i wynik.

Kondensatory są częścią składową prawie wszystkich układówelektronicznych. W celu dobrania odpowiedniej pojemności powszechnie stosuje się ich łączenie w układy szeregowe lub równoległe.

Ćwiczenie
Spróbuj samodzielnie wyprowadzić (lub podać) wzory na pojemność wypadkową układu kondensatorów połączonych szeregowo i równolegle. Pamiętaj, że kondensatory połączone szeregowo mają jednakowy ładunek, a połączone równolegle jednakową różnicę potencjałów. Sprawdź obliczenia i wynik.

Definicja
Pojemnością elektryczną przewodnika nazywamy stosunek ładunku umieszczonego na przewodniku do potencjału jaki ma ten przewodnik w polu elektrycznym wytworzonym przez ten ładunek.

(20.3)

Można więc dany przewodnik uważać za jedną z okładek kondensatora, w którym druga okładka kondensatora znajduje się w nieskończoności i ma potencjał równy zeru.