Що таке електрична ємність?
Часто на шкільних уроках фізики викладач, роз'яснюючи тему електрики, вдається до порівняння електричного струму з плином потоку води. У багатьох випадках, хоча не завжди, для спрощення розуміння процесів, що відбуваються таке порівняння цілком припустимо. Власне, навіть саме слово «ток» використовується саме щодо рідин. А що таке ємність? Це одна з характеристик предмета, його здатність вміщати що-небудь. Наприклад, всі знають, що ємність банки становить 3 літри. Очевидно, що кількість накопиченої води безпосередньо залежить від місткості посудини. Так, якщо взяти два відра, наприклад, 8 і 12 літрів, то по висоті вони рівні, а відмінність лише в діаметрі. Поняття «електрична ємність» в цьому плані вельми схоже. Наприклад, один з параметрів, що впливає на місткість - це габарити. Електрична ємність (Е.Е.) - Це здатність накопичувати і утримувати в собі певну кількість електрики. Будь проводить матеріал володіє певною Е.Є., що залежить від ряду параметрів. Процес накопичення заряду можливий у тому випадку, коли відсутня можливість його перетікання на інший об'єкт, що володіє більшою ємністю.
Електрична ємність може бути виражена через формулу, що враховує здатність накопичувати заряд (потенціал - v) і величиною самого заряду (q). Позначається буквою «c»:
c = q / v
Електрична ємність вимірюється у Фарада. Однак оскільки ця величина досить велика, в сучасних електронних схемах частіше застосовуються мікро- і пікофарад. Великі ємності використовуються тільки в специфічних пристроях і розрахунках. Відповідно, приставки «мікро і піко» рівні 1 * 10 в -6 і -12 ступенях. Відбуваються процеси легко описати через електроємність відокремленого провідника.
Уявімо собі провідник, що знаходиться в непроводящей ток середовищі, в якому відсутні зовнішні поля. Підключаємо його до джерела струму. Частина електронів потрапляє в структуру матеріалу, створюючи надлишковий потенціал, тобто, ці заряди за певних умов (створити контур) можуть виконати роботу. Вони розподіляються по поверхні з певною щільністю, яка залежить від просторової конфігурації провідника і його розмірів. Навколо кожного точкового заряду існує електричне поле, яке впливає на всі інші ділянки провідника. Потенціал такого відокремленого провідника знаходиться в прямій залежності від заряду. Ставлення даного заряду (q) до потенціалу (Fi) для розглянутого провідника незмінно, оскільки залежить лише від габаритів (розмір, форма) і коефіцієнта діелектричної проникності середовища. У прикладі не дарма вказаний саме відокремлений провідник. При наявності поруч з ним інших тіл, електричне поле одиничних зарядів буде індукувати в навколишніх тілах потенціал протилежного знаку, що впливає на підсумкове значення (воно буде менше).
Найпростіший елемент, який використовує властивості накопичувати електричний струм - це конденсатор. Він являє собою два провідники, розділених діелектричним матеріалом. Його особливість в тому, що генерується електричне поле виявляється «пов'язаним» між обкладинками (протилежні ділянки провідників) і практично не впливає на навколишні тіла, а, значить, потенціал на зовнішню роботу не витрачається.
Збільшити ємність можна кількома шляхами:
- зменшити проміжок між обкладинками. Нескінченне зменшення неможливо, так як може виникнути пробій непроводящей середовища, що призведе до втрати заряда;
- підібрати непровідний матеріал з великим опором пробою;
- збільшити площу обкладок. З метою збереження прийнятних габаритів конденсатора часто змінюють просторове розташування обкладок. Наприклад, два провідника скручують в кільця, розділені ізолятором.