Конденсатор (ЕГЭ-ОГЭ)

При зарядке конденсатора обе обкладки получают по модулю равные, но противоположные по знаку заряды. Модуль заряда одной из пластин и называется зарядом конденсатора.

Наиболее простой способ зарядить конденсатор — подключить его к источнику напряжения, например к аккумулятору. При подключении конденсатор накапливает заряд до тех пор, пока разность потенциалов между пластинами не сравняется с напряжением на полюсах батареи. После отключения источника конденсатор сохраняет заряд, так как заряды не могут перейти с одной пластины на другую. Поэтому конденсаторы применяют для хранения заряда.

В плоском конденсаторе заряды равномерно распределяются между обкладками, создавая однородное электрическое поле: поле положительной обкладки направлено от неё, а поле отрицательной — к ней.

Свойство конденсаторов аккумулировать электрический заряд определяется их электрической ёмкостью. Заряд на одной из обкладок прямо пропорционален напряжению между пластинами; коэффициент пропорциональности называют ёмкостью конденсатора.

Электрическая ёмкость конденсатора — физическая величина, равная отношению заряда на одной из его пластин к напряжению между пластинами:

${\displaystyle C=fracqU}$

Единица электрической ёмкости — фарад (Ф); 1 Ф = 1 Кл/1В. Фарад — довольно большая единица, поэтому в практике применяют микро-, нано- и пикофарады.

Ёмкость конденсатора зависит от его геометрических размеров и характеристик диэлектрика:

1. С ростом площади пластин ёмкость возрастает.
2. С увеличением расстояния между пластинами ёмкость уменьшается.
3. При заполнении пространства между обкладками диэлектриком ёмкость увеличивается.

Если напряжение на обкладках превысит критическое значение, возможно пробитие конденсатора: электрическое поле достигает такой силы, что диэлектрик теряет изоляционные свойства и происходит разряд. Таким образом, зарядить конденсатор до бесконечности нельзя.

При коротком замыкании конденсаторы разряжаются практически мгновенно. Эту особенность используют в различных устройствах, таких как фотовспышки и электрошокеры.

Лампа фотовспышки питается энергией, накопленной в конденсаторе. Энергия электрического поля конденсатора определяется величиной заряда и его ёмкостью: ${\displaystyle W={\frac {q^{2}}{2C}}}$

Для получения альтернативных выражений используют формулу ёмкости ${\displaystyle C={\frac {q}{U}}}$. Тогда энергию электрического поля, запасённую в конденсаторе, можно записать так: ${\displaystyle W={\frac {CU^{2}}{2}}}$; ${\displaystyle W={\frac {qU}{2}}}$.

Объёмная плотность энергии поля: ${\displaystyle w={\frac {\epsilon \epsilon _{0}E^{2}}{2}}}$, где ${\displaystyle E}$ — напряжённость электрического поля, ${\displaystyle \epsilon }$ — диэлектрическая проницаемость, ${\displaystyle \epsilon _{0}=8,85\cdot 10^{-12}}$ Ф/м — электрическая постоянная.