Для школьников.
Ёмкость уединённого проводника невелика, но она возрастает, если вблизи заряженного проводника поместить другой проводник (см. Занятие 52. Явление электростатической индукции).
В другом проводнике (на стороне расположенной ближе к заряженному проводнику) возникают индукционные заряды другого знака. Потенциал этих индуцируемых зарядов накладывается на потенциал проводника (принцип суперпозиции), уменьшая его. При этом ёмкость проводника увеличивается, её называют взаимной ёмкостью.
Почему?
Ёмкость конденсатора тем больше, чем больше площадь его пластин, так как они могут собрать на себе больший заряд.
Ёмкость конденсатора тем больше, чем меньше расстояние между пластинами, так как тем больший заряд пластины будут индуцировать друг на друге.
Чем больше диэлектрическая проницаемость
диэлектрика между пластинами, тем больше ёмкость конденсатора, так как при поляризации диэлектрик ослабляет во столько раз электрическое поле внутри себя (см. Занятие 51)
Ослабление электрического поля диэлектриком позволяет на пластинах собрать больший заряд при одном и том же напряжении (разности потенциалов) между ними.
Заряжать конденсатор надо при малом напряжении, так как при большом напряжении может произойти пробой диэлектрика и он пропустит ток.
Следующий рисунок демонстрирует зависимость ёмкости конденсатора от диэлектрической проницаемости диэлектрика между его обкладками.
Заряжают плоский конденсатор и замечают показания электрометра (напряжение между обкладками).
Затем в конденсатор вдвигают незаряженную эбонитовую пластинку.
При этом листки электрометра спадают, хотя заряд на обкладках остался прежним.
Ёмкость же конденсатора при помещении в него эбонитовой пластинки увеличивается, что связано с поляризацией диэлектрика (эбонитовой пластинки). В диэлектрике происходит смещение + и - зарядов в пределах молекул диэлектрика.
Поляризация диэлектрика увеличивает ёмкость конденсатора, но не приводит к накоплению "дополнительного заряда" на обкладках конденсатора. Основной заряд, сосредоточенный на ВНУТРЕННИХ поверхностях обкладок конденсатора остаётся прежним.
Рассмотрим ещё задачу на эту тему.
Плоский конденсатор помещён в стеклянный сосуд и замкнут на батарею.
Что произойдёт, если ключ А разомкнуть, а затем в сосуд налить жидкий диэлектрик?
Ответ: При размыкании ключа на обкладках конденсатора останется такой же заряд, какой был до размыкания. При наливании жидкого диэлектрика ёмкость конденсатора увеличится в несколько раз (в зависимости от диэлектрической проницаемости диэлектрика), во столько же раз уменьшится разность потенциалов между пластинами и напряжённость поля в конденсаторе.
Что произойдёт, если сначала сосуд залить диэлектриком, а потом разомкнуть ключ?
Ответ: В этом случае заряд пластин увеличится за счёт увеличения ёмкости конденсатора, но разность потенциалов и напряжённость электрического поля между пластинами не изменятся.
Таким образом, при приближении к заряженному проводнику незаряженного проводника, возникающие в последнем индукционные заряды противоположного знака создают потенциал, уменьшающий потенциал заряженного проводника, увеличивая этим его ёмкость. В этом случае говорим о взаимной ёмкости или ёмкости конденсатора.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Как можно измерить потенциал и найти распределение заряда с помощью заземлённого электрометра?
Следующая запись: Как можно зарядить конденсатор? Процесс разрядки конденсатора.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.