Часто на школьных уроках физики преподаватель, разъясняя тему электричества, прибегает к сравнению электрического тока с течением потока воды. Во многих случаях, хотя не всегда, для упрощения понимания происходящих процессов такое сравнение вполне допустимо. Собственно, даже само слово «ток» используется именно в отношении жидкостей. А что такое емкость? Это одна из характеристик предмета, его способность вмещать что-либо. Например, все знают, что емкость банки составляет 3 литра. Очевидно, что количество накопленной воды непосредственно зависит от вместительности сосуда. Так, если взять два ведра, к примеру, 8 и 12 литров, то по высоте они равны, а отличие лишь в диаметре. Понятие «электрическая емкость» в этом плане весьма похоже. Например, один из параметров, влияющий на вместимость – это габариты. Электрическая емкость (Э.Е.)– это способность накапливать и удерживать в себе определенное количество электричества. Любой проводящий материал обладает определенной Э.Е., зависящей от ряда параметров. Процесс накопления заряда возможен в том случае, когда отсутствует возможность его перетекания на другой объект, обладающий большей емкостью.
Электрическая емкость может быть выражена через формулу, учитывающую способность накапливать заряд (потенциал - v) и величиной самого заряда (q). Обозначается буквой «c»:
c = q/v
Электрическая емкость измеряется в фарадах. Однако так как эта величина достаточно велика, в современных электронных схемах чаще применяются микро- и пикофарады. Большие емкости используются только в специфичных устройствах и расчетах. Соответственно, приставки «микро и пико» равны 1*10 в -6 и -12 степенях. Происходящие процессы легко описать через электроемкость уединенного проводника.
Представим себе проводник, находящийся в непроводящей ток среде, в которой отсутствуют внешние поля. Подключаем его к источнику тока. Часть электронов попадает в структуру материала, создавая избыточный потенциал, то есть, эти заряды при определенных условиях (создать контур) могут выполнить работу. Они распределяются по поверхности с определенной плотностью, которая зависит от пространственной конфигурации проводника и его размеров. Вокруг каждого точечного заряда существует электрическое поле, которое оказывает воздействие на все другие участки проводника. Потенциал такого уединенного проводника находится в прямой зависимости от заряда. Отношение данного заряда (q) к потенциалу (Fi) для рассматриваемого проводника неизменно, так как зависит лишь от габаритов (размер, форма) и коэффициента диэлектрической проницаемости среды. В примере не зря указан именно уединенный проводник. При наличии рядом с ним других тел, электрическое поле единичных зарядов будет индуцировать в окружающих телах потенциал противоположного знака, влияющий на итоговое значение (оно будет меньше).
Простейший элемент, использующий свойства накапливать электрический ток – это конденсатор. Он представляет собой два проводника, разделенных диэлектрическим материалом. Его особенность в том, что генерируемое электрическое поле оказывается «связанным» между обкладками (противоположные участки проводников) и практически не воздействует на окружающие тела, а, значит, потенциал на внешнюю работу не растрачивается.
Увеличить емкость можно несколькими путями:
- уменьшить промежуток между обкладками. Бесконечное уменьшение невозможно, так как может возникнуть пробой непроводящей среды, что приведет к потере заряда;
- подобрать непроводящий материал с большим сопротивлением пробою;
- увеличить площадь обкладок. В целях сохранения приемлемых габаритов конденсатора часто изменяют пространственное расположение обкладок. Например, два проводника скручивают в кольца, разделенные изолятором.
