Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора

1. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора.

2.

Конденсатор
Конденсатор – это устройство, позволяющее
накапливать электрический заряд.

3.

Конденсатор
Конденсатор представляет собой два
проводника, разделенные слоем диэлектрика,
толщина которого мала по сравнению с
размерами проводников.

4. История создания конденсатора

В 1745 году
в Лейдене немецкий физик
Эвальд Юрген фон Клейст
и голландский физик
Питер ван Мушенбрук
создали первый
конденсатор
«лейденскую банку».
1692-1761

5.

Физическая характеристика
конденсатора - электроемкость
Электроемкость конденсатора –
это величина, измеряемая
отношением заряда одной из пластин
конденсатора к напряжению между
пластинами.
Единица измерения электроемкости –
фарад «Ф». 1Ф – это очень большая
емкость, поэтому часто используют
мкФ 10-6 Ф(микрофарад)
и пФ 10-12 Ф(пикофарад)
Электроемкость конденсатора зависит
от его геометрической конструкции и
электрической проницаемости
заполняющего его диэлектрика.

6. Электроемкость – величина, характеризующая способность двух проводников накапливать электрический заряд.

q
q
q
C
U
С – электроемкость, Ф
q – заряд одного из проводников, Кл
U – разность потенциалов между
проводниками, В
диэлектрик
на практике:
1 мкФ = 10-6 Ф
1 пФ = 10-12 Ф
R kC
ш
ш
Если емкость шара 1 фарад,
то радиус шара равен 9 млн.км.
проводник
Электроемкость зависит от:
1. геометрических размеров и формы проводников;
2. взаимного расположения проводников;
3. диэлектрической проницаемости

7.

Энергия заряженного конденсатора
U=A\q
A=qU
A=W=qU\2

8. Конденсатор – система двух разноименно заряженных проводников, разделенных диэлектриком

Типы конденсаторов
постоянной и переменной емкости и
различаются по роду диэлектрика между
пластинами
бумажные, керамические, воздушные …

9. Плоский конденсатор - две заряженные параллельные пластины, находящиеся на малом расстоянии

- - - - - - - - - - - d
диэлектрик
+ + + + + + + + + +
C
S
0
d
С – электроемкость плоского
конденсатора, Ф
ε – диэлектрическая проницаемость
ε0 - электрическая постоянная, Ф/м
S - площадь пластины конденсатора, м2
d - расстояние между пластинами, м
Электроемкость плоского конденсатора прямо
пропорциональна площади пластины конденсатора и
обратно пропорциональна расстоянию между
пластинами

10. Шаровой конденсатор

R2
_
_
+
R1
_
_
Электрическое поле
сосредоточено внутри
конденсатора
C 4 R R
R R
1
2
0
2
1

11. Последовательное соединение

С1
+
С2
_
+
U2
U1
+
_
C
_
q q q
1
2
U U U
q q1 q2
C C1 C 2
1
2
U
d↑ , следовательно , С↓
1 1 1
C C C
1
2

12. Параллельное соединение

С1 +
+
q q q
_
q1
C
2
U U U
_
1
С2
+
1
2
q2
CU C U C U
_
1
1
2
q
S↑, следовательно, С↑
C C C
1
2
2

13. Соединение конденсаторов одноименными полюсами

+
С1
-
+
С2
-
q C U C U
1
1
2
C C C
1
C U C U
q
U
C
C
C
1
1
2
1
2
2
2
2

14. Соединение конденсаторов разноименными полюсами

+
С1
-
С2
+
q C U C U
1
1
2
C C C
1
C U C U
q
U
C
C
C
1
1
2
1
2
2
2
2

15. Энергия заряженного конденсатора

qU
W
2
CU
2
2
2
q
2C
W – энергия заряженного конденсатора
(энергия электрического поля), Дж
q - заряд пластины конденсатора, Кл
U - разность потенциалов, В
С – электроемкость конденсатора, Ф

16. Плотность энергии конденсатора

W
V
E
2
0
2
ω – плотность энергии, Дж/м3
V – объем, м3
Е – напряженность, В/м

17. Применение конденсаторов

в радиотехнике, в
автоматизации
производственны
х процессов, в
вычислительной
технике и т.д.
используется
свойство
накапливать и
сохранять заряд

18. Применение конденсаторов

Петличный микрофон.
Микрофон конденсаторный.
Студийный
конденсаторный
направленный микрофон
широкого применения.

19.

Применение конденсаторов
Лампа фотовспышки.
Батарея конденсаторов
Светильники с
разрядными лампами.

20.

Металлопленочные конденсаторы
обладают неограниченной
возможностью
самовосстановления. Таким
образом, возможность короткого
замыкания практически
исключается. Конденсаторы
устойчивы к большим импульсным
токам и высокому уровню
пульсаций.
Применяются в мобильных
телефонах, персональных
компьютерах, телевизорах,
электронных балластах и
автомобильной электронике.

21. Применение конденсаторов

в компьютерной технике –
клавиатура (зависимость
емкости от расстояния между
пластинами)
На тыльной стороне клавиши
одна пластина конденсатора, а
на плате,- другая. Нажатие
клавиши изменяет емкость
конденсатора.

22. Электролитические конденсаторы

Полимерные конденсаторы
с твердым электролитом
на чипсете

23.

Отличительными
чертами алюминиевых
электролитических
конденсаторов является большая
удельная емкость на единицу
объема (произведением CV) и
прекрасная работа при повышенных
токах. Поэтому они незаменимые
компоненты в цепях постоянного
тока тяговых устройств, в составе
преобразователей частоты, в схемах
электронных балластов, в ИБП
(источниках бесперебойного
питания) и импульсных
преобразователях напряжения, в
студийных лампах-вспышках и в
автомобильной электронике.

24. Решение задач

1. Определите толщину диэлектрика
конденсатора, электроемкость
которого 1400 пФ, площадь пластин 1,4
·10-3 м2. Диэлектрик – слюда (ε=6).
2. Разность потенциалов 150 В между
пластинами плоского конденсатора.
Площадь каждой пластины 1,2·10-2 м2,
заряд 5 нКл. На каком расстоянии друг
от друга находятся пластины?

25.

Дано:
С=1400 ·10-12Ф
S=1,4 ·10-3 м2
ε=6
ε0=8,85·10-12 Ф/м
d-?
Решение:

26.

Дано:
U=150 В
S=1,2·10-2 м2
q=5·10-9 Кл
ε=1
ε0=8,85·10-12Ф/м
d-?
Ответ: d=3,2 мм
Решение: