Конденсатор. 
Устройство, принцип действия, емкость конденсатора. 
Параллельное, последовательное и смешанное соединение конденсаторов

Конденсатором называется устройство, состоящее из двух металлических пластин произвольной формы, разделенных диэлектриком. Простейший конденсатор образуется двумя плоскими пластинами (рис. 1, а), между которыми имеется слой изоляции.

Рис. 1. Конденсаторы: а — плоский; б — цилиндрический

Пластины называются обкладками конденсатора. Расстояние между пластинами по сравнению с их линейными размерами ничтожно мало. Если к обкладкам конденсатора приложить постоянное напряжение U, то на них появятся равные по величине, но с противоположным знаком заряды +Q иQ. Заряды будут накапливаться, что объясняется возникновением электрического поля в диэлектрике конденсатора. Отношение заряда одной из обкладок к приложенному напряжению называется емкостью конденсатора. Емкость обозначается буквой С.

S — площадь пластины; l — длина пластины; е_a — абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

Единицей емкости является фарад (Ф).

В практике чаще используются микрофарады (1мкФ = 10^-6 Ф), пикофарады (1пФ =10^-12 Ф).

Конструкция конденсаторов определяется формой электродов, свойствами диэлектрика и емкостью. На рис 1.2, б показан цилиндрический конденсатор. Емкость цилиндрического конденсатора определяется выражением конденсатор термометр напряжение защита.

где l — длина конденсатора; r₁— радиус внутреннего цилиндра; r₂— радиус внешнего цилиндра.

В цилиндрическом конденсаторе радиально направленное поле проявляется между двумя цилиндрическими электродами (возможно, пластинами, изогнутыми по кругу), оси которых совпадают. Чем больше диэлектрическая проницаемость диэлектрика е_a, тем больше емкость конденсатора. Емкость плоского конденсатора можно увеличить также увеличением площади пластин. Однако это увеличивает размеры конденсатора. Увеличить емкость конденсатора позволяет применение станиолевых лент с парафинированной бумагой, скрученных в рулон и помещенных в кожух.

Последовательное соединение. При последовательном соединении конденсаторы присоединяют друг за другом. К первому конденсатору присоединяют второй, ко второму — третий. Последовательное соединение применяется в случае, если напряжение велико и диэлектрик может быть пробит. На рис. 2 показана схема последовательного соединения конденсаторов.

Рис. 2. Последовательное соединение конденсаторов

Напряжение, приложенное к группе конденсаторов, распределяется между конденсаторами обратно пропорционально их емкостям и будет равно сумме напряжений на каждом конденсаторе.

Все последовательно соединенные конденсаторы можно заменить одним эквивалентным конденсатором. Его емкость определяется из соотношения.

Обратная величина общей емкости последовательно соединенных конденсаторов равна сумме обратных величин емкостей этих конденсаторов. При трех последовательно соединенных конденсаторах.

При двух последовательно соединенных конденсаторах.

Если в цепь включены n одинаковых конденсаторов, емкостью С1 каждый, то емкость эквивалентного конденсатора определится выражением:

Из выражения (2.14) видно, что чем больше конденсаторов соединяются последовательно, тем меньше будет их общая емкость.

Параллельное соединение. При параллельном соединении конденсаторов их одноименные обкладки соединяются в две общие точки 1 и 2. К этим же точкам подводится напряжение от источника постоянного тока (рис. 3).

Рис. 3. Параллельное соединение конденсаторов

Значит, напряжение на всех конденсаторах будет одинаковое, равное U. Величина заряда будет пропорциональна его емкости.

Общий заряд для всех конденсаторов.

Батарею конденсаторов можно заменить одним эквивалентным конденсатором:

Общий заряд всех параллельно соединенных конденсаторов равен сумме зарядов отдельных конденсаторов. Аналогично:

Емкость эквивалентного конденсатора будет равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

Если включены параллельно п одинаковых конденсаторов емкостью С1 каждый, то общая их емкость будет равна.

С = n C1

Смешанное соединение. В схеме смешанного соединения конденсаторов присутствуют элементы последовательного и параллельного соединения.

На рис. 4 приведена схема смешанного соединения. К конденсаторам в схеме смешанного соединения подведено напряжение U.

Рис. 4. Смешанное соединение конденсаторов

Конденсаторы С2 и С3 включены параллельно. Их можно заменить эквивалентным конденсатором С2,3. Конденсатор С1 включен последовательно с эквивалентным конденсатором С2,3. На конденсатор С1 приходится напряжение U1, а к конденсаторам С2 и С3 — напряжение U2,3. Используя известные формулы, можно определить параметры каждого конденсатора.