9. Конденсатор

Единица емкости фарада (Ф) - емкость такого конденсатора, увеличение заряда которого на 1 кулон (к) вызывает повышение разности потенциалов между обкладками конденсатора на 1 в:

где C - емкость, Ф;
Q - количество электричества, k;
U - напряжение, в.
На практике обычно пользуются значительно более мелкими единицами емкости:
10^-6Ф = 1 микрофарада = 1 мкф
10^-9Ф = 1 нанофарада = 1 нф
10^-12Ф = 1 пикофарада = 1 пф
1 мкф = 10⁶ пф; 1 нф = 10³ пф
Напряженность поля Е между двумя пластинами (обкладками) конденсатора вычисляется по формуле

где U - напряжение между обкладками, в
а - расстояние между пластинами, м
Так как на обеих пластинах конденсатора накапливаются заряды противоположной полярности, то эти пластины взаимно притягиваются с силой F. Она рассчитывается в ньютонах (н) следующим образом:

Накопленная в конденсаторе энергия, определяемая в джоулях (дж), равна:

где С - емкость, Ф;
U - напряжение, в.
Во время заряда или разряда конденсатора величина протекающего тока изменяется. Мгновенное значение тока выражается формулой

где - изменение напряжения на обкладках конденсатора за время .
Эта формула имеет важное практическое значение; она показывает, что напряжение на конденсаторе при его заряде не сразу достигает своего максимального значения. Точно так же при разряде конденсатора напряжение убывает до нуля не сразу, а постепенно.

Конденсатору всегда присущи потери, которые можно представить себе в виде омического сопротивления, соединенного последовательно или параллельно с конденсатором. Если сопротивление R₁ включено последовательно с конденсатором (без потерь) то при заряде его от источника, э. д. с. которого равна Е, а внутреннее сопротивление равно нулю (см рис), зарядный ток i_зар и напряжение на обкладках конденсатора u_с будут меняться по закону

где Е - э. д. с., в
t - время прошедшее с момента начала заряда, сек.
Величина CR₁ имеет размерность времени, так как . Её называют постоянной времени

Постоянная времени характеризует скорость заряда или разряда конденсатора:
где С - емкость, мкф;
R₁ - сопротивление, Мом.
При разрядке

По прошествии интервала времени величина напряжения (или тока) достигает половины максимального значения.
Известно много схем, свойства которых обусловлены величиной постоянной времени.
Дифференцирующая цепь

где f - частота, гц.
Интегрирующая цепь

При расчете конденсаторов приходится учитывать абсолютную диэлектрическую проницаемость среды , которую можно представить в виде произведения двух величин:

где - относительная диэлектрическая проницаемость (или просто диэлектрическая проницаемость) - величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия между электрическими зарядами в данной среде меньше, чем в вакууме;
= 8,86*10^-12 ф/м=8,86 пф/м - электрическая постоянная, численно равная абсолютной диэлектрической проницаемости вакуума.
Диэлектрическая проницаемость воздуха равна единице (=1).
Значения диэлектрической проницаемости некоторых материалов приведены в табл.