Электрическая емкость характеризует способность проводника сохранять электрический заряд в электростатическом поле. Рассмотрим более подробно понятие электрической емкости.
При электризации диэлектрика заряжается только та часть его поверхности, которая подвергалась натиранию или соприкасалась с другим заряженным телом. Электрический заряд, возбужденный на части поверхности диэлектрика, не может распространиться по всей его поверхности, так как в диэлектриках все электрические заряды прочно связаны с молекулами вещества, лишенными свободы передвижения. Можно, например, зарядить один конец эбонитовой палочки отрицательным электричеством, а другой конец — положительным электричеством, и оба этих противоположных по знаку заряда не смогут соединиться друг с другом (Рис. 1).
Рисунок 1. Распределение зарядов в диэлектрике.
Электрические заряды на проводниках ведут себя совершенно иначе. Если мы поместим на проводник некоторое количество электронов, они немедленно, отталкиваясь друг от друга, распространятся по всей поверхности проводника, причем именно по поверхности, а не по толще проводника.
Если зарядить электричеством проводник удлиненной формы, например металлическую палочку, то наибольшее количество зарядов сосредоточится на ее концах (рис. 2.).
Рисунок 2. Распределение зарядов в проводнике.
При заряде металлического шара электрические заряды распределятся по его поверхности равномерно (рис. 3.). Если этот шар будет пустотелым, то это нисколько не повлияет на распределение зарядов; они также равномерно «расселятся» по наружной поверхности шара, так как каждый из них будет стремиться уйти подальше от своих одноименных соседей — зарядов. Это в равной степени относится как к отрицательным зарядам, так и к положительным.
Рисунок 3. Распределение зарядов на поверхности металлического шара.
Свободные электрические заряды, помещенные в каком-либо месте на проводнике, расходятся по его поверхности подобно воде, растекающейся, например, по дну какого-либо сосуда. Подобно тому, как вода будет растекаться по дну сосуда до тех пор, пока уровень ее не сделается всюду одинаковым, так и электрические заряды будут «растекаться» по поверхности проводника до тех пор, пока электрический потенциал всех точек поверхности не станет одинаковым. Практически этот процесс происходит мгновенно.
Легко сообразить, что потенциал положительно заряженного проводника будет тем выше, чем больше заряд, сообщенный проводнику. Это видно хотя бы из такого рассуждения. Представим себе, что мы заряжаем положительным электричеством какой-либо уединенный металлический предмет (проводник), перенося на его поверхность один за другим отдельные электрические заряды. По мере накопления на нем электричества на перенесение новых зарядов придется затрачивать все больше и больше работы, так как при переносе каждого следующего заряда нам придется преодолевать силы отталкивания, действующие со стороны всех предыдущих зарядов, помещенных ранее на проводник. А так как потенциал проводника характеризуется работой, затраченной на перенесение единичного положительного заряда из бесконечно удаленной точки в какую-либо точку проводника, то с увеличением положительного заряда проводника потенциал его будет повышаться (ясно, что потенциал проводника, заряженного отрицательным зарядом, будет отрицателен и с увеличением заряда будет понижаться).
Количественная связь между величиной заряда проводника и его потенциалом очень проста: потенциал проводника прямо пропорционален величине его заряда, т. е. при увеличении заряда проводника, например, вдвое потенциал его повышается также вдвое.
Однако, соотношение между зарядом и потенциалом различно для разных проводников. Например, один проводник достаточно зарядить количеством электричества в одну миллиардную долю кулона, чтобы довести его потенциал до одного вольта, а другому проводнику для этого потребуется заряд, например, в одну стомиллионную долю кулона. Следовательно, для разных проводников нужны разные количества электричества, чтобы довести их заряд до одного и того же «электрического уровня». Поэтому принято считать, что различные проводники обладают различной электрической емкостью.
Электрическая емкость проводника зависит, прежде всего, от его размеров, — чем больше размеры проводника, тем больше его емкость. Емкость проводника зависит и от других причин, о которых мы еще будем говорить. За единицу электрической емкости принимают емкость такого проводника, которому надо сообщить заряд, равный единице количества электричества — одному кулону, чтобы потенциал его повысился также на одну единицу, т. е. на 1 вольт.
Поскольку мы сравнивали электрический потенциал с уровнем жидкости в сосуде, можно попытаться и далее искать аналогию между емкостью проводника и свойствами сосуда.
Однако, электрическую емкость нельзя отождествлять с емкостью (вместимостью) сосуда. Действительно, емкость сосуда указывает, какое наибольшее количество жидкости он может вместить, между тем как электрическая емкость проводника ничего не говорит о том, какое количество электричества может «вместить» проводник. Всякий проводник принципиально может вместить любое количество электричества, только с увеличением количества электричества будет повышаться потенциал (электрический уровень) проводника и повышаться тем быстрее, чем меньше емкость проводника.
Поэтому электрическую емкость проводника можно было бы сравнить с площадью дна сосуда (мы считаем, что сосуд имеет вертикальные стенки) Действительно, чем больше площадь дна сосуда, тем больше нужно налить в него жидкости для того, чтобы она достигла определенного уровня (рис. 4.).
Рисунок 4. Отличие электрической емкости от обычного понятия емкости.
Итак, электрическая емкость уединенного проводника определяется как отношение количества электричества, сообщенного проводнику, к потенциалу, который при этом приобретает проводник, т. е.
C=Q/U
Если Q выражено в кулонах, а U в вольтах, то единица электрической емкости С получится в фарадах (обозначение Ф.).
Фарада представляет собой слишком крупную величину, никогда не встречающуюся на практике. Поэтому для измерения емкости приняты более мелкие единицы — микрофарада (мкФ), нанофарады (нФ) и пикофарады (пФ).
Микрофарада составляет одну миллионную долю фарады, нанофарада одну тысячную микрофарады, а пикофарада — одну миллионную долю микрофарады (или одну тысячную долю нанофарады).
То есть:
1 мкф = 10-6 Ф;
1 нф = 10-9 Ф;
1 пф =10-12 Ф.
Если основа оригинала (карты пли плана) прозрачна, то копию можно снять при помощи стола со…
Определение координат точки. Пусть точка А (рис. 32) находится в квадрате, абсциссы и ординаты вершин…
Рельефом местности называется совокупность неровностей физической поверхности земли. В зависимости от характера рельефа местность делят…
Для обозначения на планах и картах различных предметов местности, применяются специально разработанные условные знаки. Для обличения…
В инженерной геодезии чаще всего пользуются топографическими картами. Их составляют в масштабах 1:10000, 1:25000, 1:50000…