Električni kapacitet karakterizira sposobnost vodiča ili sustava od nekoliko vodiča da akumuliraju električne naboje, a time i elektricitet, koji se kasnije može koristiti, na primjer, pri fotografiranju (bljeskalica) itd.
Razlikovati električni kapacitet pojedinačnog vodiča, sustava vodiča (osobito kondenzatora).
osamljen zove se vodič koji se nalazi daleko od drugih nabijenih i nenabijenih tijela tako da nemaju nikakvog utjecaja na ovaj vodič.
Fizička veličina jednaka omjeru električnog naboja pojedinačnog vodiča i njegovog potencijala
SI jedinica za kapacitet je farad (F).
1 F je električni kapacitet takvog vodiča, čiji se potencijal mijenja za 1 V kada mu se dodijeli naboj od 1 C. Budući da je 1 F vrlo velika jedinica kapaciteta, koristite podvišestruke jedinice: 1 pF (pikofarad) = 10 -12 F, 1 nF (nanofarad) = 10 -9 F, 1 μF (mikrofarad) = 10 -6 F, itd.
Električni kapacitet vodiča ne ovisi o vrsti tvari i naboju, već ovisi o njegovom obliku i veličini, kao io prisutnosti drugih vodiča ili dielektrika u blizini. Doista, približimo nenabijeni štapić nabijenoj kuglici spojenoj na elektrometar (slika 1). Pokazat će smanjenje potencijala lopte. Naboj q kuglice se nije promijenio, dakle, povećao se kapacitet. To se objašnjava činjenicom da su svi vodiči koji se nalaze u blizini nabijenog vodiča elektrificirani utjecajem njegovog naboja u polju, a inducirani naboji suprotnog predznaka bliže njemu slabe polje naboja q.
Ako je usamljeni vodič nabijena kugla, tada je potencijal polja na njegovoj površini
gdje je R polumjer sfere, permitivnost medija u kojem se nalazi vodič. Zatim
Električni kapacitet usamljenog sfernog vodiča.
Obično se u praksi radi o dva ili više vodiča. Razmotrimo sustav od dva suprotno nabijena vodiča s razlikom potencijala između njih. Za povećanje potencijalne razlike između ovih vodiča potrebno je izvršiti rad protiv sila elektrostatičko polje i prenijeti dodatni negativni naboj -q s pozitivno nabijenog vodiča na negativno nabijeni (ili +q naboj s negativno nabijenog vodiča na pozitivno nabijeni).
Time se povećava apsolutna vrijednost oba naboja: i pozitivnog i negativnog. Zato međusobni električni kapacitet dva vodiča naziva se fizikalna veličina brojčano jednaka naboju koji treba prenijeti s jednog vodiča na drugi da bi se razlika potencijala između njih promijenila za 1 V:
Međusobni kapacitet ovisi o obliku i veličini vodiča, njihovom međusobnom položaju i relativnoj permitivnosti medija koji ispunjava prostor između njih.
osamljen naziva se vodič, u čijoj blizini nema drugih nabijenih tijela, dielektrika, koji bi mogli utjecati na raspodjelu naboja ovog vodiča.
Omjer veličine naboja i potencijala za određeni vodič je konstantna vrijednost, tzv električni kapacitet (kapacitet) IZ:
Kapacitet usamljenog vodiča brojčano je jednak naboju koji se mora prenijeti na vodič da bi se njegov potencijal promijenio za jedan. 1 farad (F) - 1 F se uzima kao jedinica kapaciteta.
Kapacitet kugle = 4pεε 0 R.
Pozivaju se uređaji koji imaju sposobnost akumuliranja značajnih naboja kondenzatori. Kondenzator se sastoji od dva vodiča odvojena dielektrikom. Električno polje je koncentrirano između ploča, a vezani naboji dielektrika ga slabe, tj. smanjiti potencijal, što dovodi do većeg nakupljanja naboja na pločama kondenzatora. Kapacitet ravnog kondenzatora brojčano je jednak 
.
Kako bi se mijenjale vrijednosti električnog kapaciteta, kondenzatori se spajaju na baterije. U ovom slučaju koriste se njihove paralelne i serijske veze.
Kad su kondenzatori spojeni paralelno razlika potencijala na pločama svih kondenzatora je ista i jednaka (φ A - φ B). Ukupni naboj kondenzatora je
Pun kapacitet baterije (sl.28) 
jednako je zbroj kapacitivnosti svih kondenzatora; kondenzatori se spajaju paralelno kada je potrebno povećati kapacitet, a time i akumulirani naboj.
Kad su kondenzatori spojeni u seriju ukupni naboj jednak je nabojima pojedinačnih kondenzatora 
, a ukupna razlika potencijala je (sl. 29)
, , 
.
Odavde.
Kad su kondenzatori spojeni u seriju, recipročna vrijednost rezultirajućeg kapaciteta jednaka je zbroju recipročnih vrijednosti kapaciteta svih kondenzatora. Rezultirajući kapacitet uvijek je manji od najmanjeg kapaciteta koji se koristi u bateriji.
Energija nabijenog usamljenog vodiča,
kondenzator. Energija elektrostatskog polja
Energija nabijenog vodiča brojčano je jednaka radu koji vanjske sile moraju izvršiti da ga naelektrišu:
W= A. Prilikom prijenosa naknade d q od beskonačnosti se radi na vodiču d A protiv sila elektrostatskog polja (kako bi se prevladale Coulombove odbojne sile između sličnih naboja): d A= jd q= C jdj.
osamljen zove se vodič koji se nalazi toliko daleko od drugih tijela da se utjecaj naboja i polja drugih tijela može zanemariti. Kada se takvom vodiču pripiše određeni naboj, on će se na neki način smjestiti na njegovu površinu tako da su zadovoljeni uvjeti ravnoteže. U okolnom prostoru, naboj vodiča će stvoriti električno polje. Ako se beskonačno mali naboj (koji ne utječe na naboj vodiča) pomakne s površine vodiča na beskonačno malu udaljenost, tada će sile polja izvršiti određeni rad. Omjer daje potencijal dirigenta, koji je stekao kao rezultat davanja naboja.
Ako se vodiču dodatno priopći naboj još jednog dijela naboja, tada će se on rasporediti po površini na isti način kao i prvi dio. Sukladno tome, u svim točkama prostora jakost električnog polja će se udvostručiti. Povećat će se i rad, a time i potencijal dirigenta. Tako ispada da naboj priopćen vodiču i potencijal koji on stječe proporcionalan . Stoga možemo napisati omjer:
|
Faktor proporcionalnosti IZ u odnosu (16.3) karakterizira sposobnost vodiča da se akumulira električno punjenje a naziva se kapacitet usamljenog vodiča. Ova postavka istraživača mjereno u faradima . Električni kapacitet od 1 farada ima vodič koji, kada mu se prenese naboj od 1 kulona, dobiva potencijal od 1 volta.
Izračunavamo kapacitet usamljenog sfernog vodiča koji se nalazi u mediju s dielektričnom konstantom. Jakost polja nabijene kugle izvan njezinih granica opisuje se izrazom sličnim izrazu za jakost polja točkastog naboja koji se nalazi u središtu kugle. Stoga izraz za rad pomicanja malog točkastog naboja s površine kugle polumjera , koja ima naboj, u beskonačnost ima oblik:
Zato kapacitet usamljene kugle definiran je izrazom:
|
Zamjenom u (16.6) radijusa Zemlje, dobivamo električni kapacitet Zemlje, koji je približno 700 μF.
Kondenzatori
Usamljeni vodiči imaju mali kapacitet. Međutim, u tehnici se koriste uređaji koji imaju električni kapacitet do nekoliko farada. Takvi uređaji su kondenzatori . Načelo uređaja kondenzatora temelji se na činjenici da se pri približavanju usamljenom nabijenom vodiču drugog (čak i nenabijenog) vodiča, električni kapacitet sustava značajno povećava. U polju usamljenog vodiča na tijelu koje se približava nastaju inducirani naboji, a naboji predznaka suprotnog od priopćenog usamljenog vodiča nalaze se bliže njemu i jače utječu na njegovo polje. Potencijal vodiča modulo opada, a naboj ostaje očuvan. To znači da povećava se njegov električni kapacitet.
Udaljeni dijelovi nadolazećeg vodiča mogu se spojiti na Zemlju (uzemljiti), tako da se inducirani naboj istog predznaka kao onaj koji je pridan usamljenom vodiču raspoređuje po površini Zemlje i ne utječe na potencijal sustava. . Očito, približavanjem suprotno nabijenih vodiča što je moguće bliže, može se postići zamjetno povećanje električnog kapaciteta. U skladu s tim izrađuju se kondenzatori ravan kod suprotno nabijenih vodiča ( ploče kondenzatora ) u obliku, na primjer, traka folije, odvojenih tankim dielektričnim slojem. U ovom slučaju, električno polje sustava koncentrirano je u prostoru između ploča, a vanjska tijela ne utječu na kapacitet kondenzatora. Također možete zamisliti ploče u obliku koncentričnih cilindara ili kugli.
Kapacitet kondenzatora, po definiciji, vrijednost je omjera naboja svake od ploča i potencijalne razlike između njih:
.Dielektrična konstanta materijala između ploča kondenzatora.
Iskustvo pokazuje da kada se priopći naplata Q vodiča, njegov se potencijal mijenja proporcionalno vrijednosti φ. Faktor proporcionalnosti
nazvao električni kapacitet(kapacitet) vodiča.
Jedinica kapaciteta je Farad: .
Potencijal lopte radijusa R prema (3.16):
Usporedbom s (3.24) dobivamo formulu vodljivi kuglični kapacitet:
C = 4πε 0 εR.(3.25)
Nađite polumjer lopte čiji je kapacitet jednak 1F:
.
Ova vrijednost je 1400 puta veća od radijusa Zemlje. Stoga je farad vrlo velika jedinica kapaciteta. Stoga se u praksi kapacitet vodiča (kondenzatora) mjeri u mikrofaradima ili pF.
Za povećanje električnog kapaciteta vodiča u tehnici se koriste uređaji koji se nazivaju kondenzatori. Kondenzator se sastoji od dva vodiča, obično odvojena dielektrikom. Na primjer, dvije paralelne ravne ploče s dielektrikom između njih čine ravni kondenzator.
Kapacitet kondenzatora određuje se formulom sličnom (3.24):
, (3.26)
gdje je φ 1 -φ 2 razlika potencijala između ploča kondenzatora;
σ-površinska gustoća naboja na pločama;
S je površina ploče.
U prisutnosti dielektrika između ploča s permitivnošću ε>1, imamo φ 1 - φ 2 =Ed ili, uzimajući u obzir formulu (3.12):
Zamjenom ove vrijednosti potencijalne razlike u (3.26) dobivamo formulu za kapacitivnost ravnog kondenzatora:
gdje je d udaljenost između ploča.
Kapacitet sferičnog kondenzatora:
C \u003d 4π ε ε 0 r 1 r 2 / (r 2 -r 1), (3.28)
gdje su r 1 i r 2 polumjeri koncentričnih sfera.
Kapacitet cilindričnog kondenzatora:
C \u003d 2π ε ε 0 ℓ ℓn r 1 / r 2, (3.29)
gdje ℓ- duljina šupljih koaksijalnih cilindara polumjera r 1 i r 2 .
Kako bi se povećao kapacitet i mijenjale njegove moguće vrijednosti, kondenzatori se spajaju u baterije. Kada je spojen paralelno, kapacitet baterije:
Sa sekvencijalnim:
Energija sustava naboja.
Pri formiranju sustava naboja energija se troši na prevladavanje njihove interakcije:
, (3.32)
gdje φi-potencijal na mjestu gdje se nalazi naboj Q i, stvoren svim nabojima sustava osim Q i.
Energija nabijenog vodiča
U skladu sa zakonom održanja, energija W nabijenog vodiča može se definirati kao rad koji sile električnog polja vodiča potroše na njegovo naelektrisanje: naboj Q nosi u malim dozama dQ dirigentu iz beskraja. Tada je izvršeni elementarni rad u ovom slučaju, prema (3.17), jednak.
« Fizika - 10. razred"
Pod kojim uvjetima se na vodičima može akumulirati veliki električni naboj?
Bilo kojom metodom elektrifikacije tijela - pomoću trenja, elektrostatičkog stroja, galvanski članak itd. - u početku su neutralna tijela nabijena zbog toga što neke od nabijenih čestica prelaze s jednog tijela na drugo.
Obično su te čestice elektroni.
Pri elektriziranju dva vodiča, na primjer, iz elektrostatičkog stroja, jedan od njih dobije naboj +q, a drugi -q.
Između vodiča se javlja električno polje i nastaje razlika potencijala (napon).
S povećanjem naboja vodiča, električno polje između njih raste.
U jakom električnom polju (pri visokom naponu i, prema tome, pri visokom intenzitetu), dielektrik (na primjer, zrak) postaje vodljiv.
Takozvani slom dielektrik: iskra preskoči između vodiča i oni se isprazne.
Što se napon između vodiča manje povećava s povećanjem njihovih naboja, to se više naboja može nakupiti na njima.
Električni kapacitet.
Uvodimo fizikalnu veličinu koja karakterizira sposobnost dvaju vodiča da akumuliraju električni naboj.
Ova se vrijednost naziva električni kapacitet.
Napon U između dva vodiča proporcionalan je električnim nabojima koji se nalaze na vodičima (na jednom +|q|, a na drugom -|q|).
Doista, ako se naboji udvostruče, tada će jakost električnog polja postati 2 puta veća, stoga će se rad polja prilikom pomicanja naboja također povećati 2 puta, tj. napon će se povećati 2 puta.
Dakle, omjer naboja q jednog od vodiča (na drugom je naboj istog modula) i potencijalne razlike između tog vodiča i susjednog ne ovisi o naboju.
Određuje se geometrijskim dimenzijama vodiča, njihovim oblikom i međusobni dogovor, kao i električna svojstva okoliš.
To nam omogućuje da uvedemo koncept električnog kapaciteta dvaju vodiča.
Električni kapacitet dvaju vodiča je omjer naboja jednog od vodiča i potencijalne razlike između njih:
Električni kapacitet usamljenog vodiča jednak je omjeru naboja vodiča i njegovog potencijala, ako su svi ostali vodiči u beskonačnosti, a potencijal beskonačno udaljene točke jednak nuli.
Što je niži napon U između vodiča kada oni komuniciraju naboje +|q| i -|q|, što je veći električni kapacitet vodiča.
Veliki naboji mogu se pohraniti na vodiče bez probijanja dielektrika.
Ali sam električni kapacitet ne ovisi niti o nabojima koji se prenose na vodiče niti o naponu koji se javlja između njih.
Jedinice električnog kapaciteta.
Formula (14.22) omogućuje unos jedinice električnog kapaciteta.
Električni kapacitet dvaju vodiča brojčano je jednak jedinici ako im pridaje naboje+1 C i-1 C između njih postoji potencijalna razlika 1 V.
Ova jedinica se zove farad(F); 1 F \u003d 1 C / V.
Zbog činjenice da je naboj od 1 C vrlo velik, kapacitet od 1 F je vrlo velik.
Stoga se u praksi često koriste frakcije ove jedinice: mikrofarad (μF) - 10 -6 F i pikofarad (pF) - 10 -12 F.
Važna karakteristika vodiča je električni kapacitet.
Električni kapacitet vodiča je to veći što je razlika potencijala među njima manja kada im se pridaju naboji suprotnih predznaka.
Kondenzatori.
Sustav vodiča vrlo velikog električnog kapaciteta možete pronaći u bilo kojem radio prijemniku ili ga kupiti u trgovini. Zove se kondenzator. Sada ćete naučiti kako su takvi sustavi raspoređeni i o čemu ovisi njihov električni kapacitet.
Sustavi od dva vodiča, tzv kondenzatori. Kondenzator se sastoji od dva vodiča odvojena slojem dielektrika, čija je debljina mala u usporedbi s dimenzijama vodiča. Provodnici se u ovom slučaju nazivaju obloge kondenzator.
Najjednostavniji ravni kondenzator sastoji se od dvije identične paralelne ploče koje se nalaze na maloj udaljenosti jedna od druge (slika 14.33). 
Ako su naboji ploča identični po apsolutnoj vrijednosti i suprotnog predznaka, tada silnice električnog polja počinju na pozitivno nabijenoj ploči kondenzatora, a završavaju na negativno nabijenoj (sl. 14.28). Stoga gotovo cijelo električno polje koncentrirano unutar kondenzatora i ravnomjerno. 
Da biste napunili kondenzator, morate pričvrstiti njegove ploče na polove izvora napona, na primjer, na polove baterije. Također možete spojiti prvu ploču na pol baterije, u kojoj je drugi pol uzemljen, i uzemljiti drugu ploču kondenzatora. Tada će na uzemljenoj ploči postojati naboj suprotnog predznaka i jednak po apsolutnoj vrijednosti naboju neuzemljene ploče. Naboj istog modula otići će u zemlju.
Pod, ispod naboj kondenzatora razumjeti apsolutnu vrijednost naboja jedne od ploča.
Kapacitet kondenzatora određen je formulom (14.22).
Električna polja okolnih tijela gotovo ne prodiru unutar kondenzatora i ne utječu na razliku potencijala između njegovih ploča. Stoga je kapacitet kondenzatora praktički neovisan o prisutnosti bilo kojeg drugog tijela u njegovoj blizini.
Kapacitet ravnog kondenzatora.
Geometrija ravnog kondenzatora u potpunosti je određena površinom S njegovih ploča i razmakom d između njih. Kapacitet ravnog kondenzatora trebao bi ovisiti o tim vrijednostima.
Kako više površine ploče, više naboja možete akumulirati na njima: q~S. S druge strane, naprezanje između ploča prema formuli (14.21) proporcionalno je udaljenosti d između njih. Prema tome, kapacitet 
Osim toga, kapacitet kondenzatora ovisi o svojstvima dielektrika između ploča. Budući da dielektrik slabi polje, kapacitivnost u prisutnosti dielektrika se povećava.
Testirajmo ovisnosti koje smo dobili iz obrazloženja. Da biste to učinili, uzmite kondenzator, u kojem se može mijenjati udaljenost između ploča, i elektrometar s uzemljenim kućištem (slika 14.34). Vodičima spojimo tijelo i šipku elektrometra s pločama kondenzatora i nabijemo kondenzator. Da biste to učinili, morate elektrificiranim štapom dodirnuti ploču kondenzatora spojenu na šipku. Elektrometar će pokazati razliku potencijala između ploča. 
Guranjem ploča nalazimo povećanje razlike potencijala. Prema definiciji električnog kapaciteta (vidi formulu (14.22)) to ukazuje na njegovo smanjenje. U skladu s ovisnošću (14.23), električni kapacitet bi doista trebao padati s povećanjem udaljenosti između ploča.
Umetanjem dielektrične ploče, poput organskog stakla, između ploča kondenzatora nalazimo smanjenje razlike potencijala. Posljedično, kapacitet ravnog kondenzatora u tom slučaju raste. Razmak između ploča d može biti vrlo mali, a površina S može biti velika. Stoga, s malom veličinom, kondenzator može imati veliki električni kapacitet.
Za usporedbu: u nedostatku dielektrika između ploča ravnog kondenzatora s električnim kapacitetom od 1 F i razmakom između ploča d = 1 mm, morao bi imati površinu ploče S = 100 km 2.
Osim toga, kapacitet kondenzatora ovisi o svojstvima dielektrika između ploča. Budući da dielektrik slabi polje, kapacitet u prisutnosti dielektrika raste: gdje je ε permitivnost dielektrika.
Serijski i paralelni spoj kondenzatora. U praksi se često kondenzatori spajaju na razne načine. Slika 14.40 prikazuje serijska veza tri kondenzatora.
Ako su točke 1 i 2 spojene na izvor napona, tada će naboj +qy prijeći na lijevu ploču kondenzatora C1, a naboj -q na desnu ploču kondenzatora C3. Zbog elektrostatske indukcije desna ploča kondenzatora C1 imat će naboj -q, a budući da su ploče kondenzatora C1 i C2 spojene i bile su električki neutralne prije priključenja napona, tada, prema zakonu održanja naboja, , na lijevoj ploči kondenzatora C2 pojavit će se naboj + q, itd. Na svim pločama kondenzatora s takvim spojem imat će isti naboj u apsolutnoj vrijednosti:
q \u003d q 1 \u003d q 2 \u003d q 3.
Odrediti ekvivalentni električni kapacitet znači odrediti električni kapacitet takvog kondenzatora, koji će uz istu razliku potencijala akumulirati isti naboj q kao sustav kondenzatora.
Razlika potencijala φ1 - φ2 zbroj je razlika potencijala između ploča svakog od kondenzatora:
φ 1 - φ 2 \u003d (φ 1 - φ A) + (φ A - φ B) + (φ B - φ 2),
ili U \u003d U 1 + U 2 + U 3.
Koristeći formulu (14.23), pišemo:
Slika 14 41 prikazuje dijagram spojeni paralelno kondenzatori. Razlika potencijala između ploča svih kondenzatora je ista i jednaka:
φ 1 - φ 2 \u003d U \u003d U 1 \u003d U 2 \u003d U 3.
Naboji na pločama kondenzatora
q 1 = C 1 U, q 2 = C 2 U, q 3 = C 3 U.
Na ekvivalentnom kondenzatoru kapaciteta C eq naboj na pločama pri istoj razlici potencijala
q \u003d q 1 + q 2 + q 3.
Za električni kapacitet, prema formuli (14.23), pišemo: C eq U \u003d C 1 U + C 2 U + C 3 U, dakle, C eq \u003d C 1 + C 2 + C 3, a općenito slučaj
Razne vrste kondenzatora.
Kondenzatori imaju različite uređaje ovisno o njihovoj namjeni. Konvencionalni tehnički papirni kondenzator sastoji se od dvije trake aluminijske folije izolirane jedna od druge i od metalnog kućišta papirnatim trakama impregniranim parafinom. Trake i vrpce su čvrsto presavijene u mali paket.
U radiotehnici naširoko se koriste kondenzatori promjenjivog električnog kapaciteta (sl. 14.35). Takav kondenzator sastoji se od dva sustava metalnih ploča, koje, kada se ručka okrene, mogu ulaziti jedna u drugu. U tom se slučaju mijenjaju područja preklapanja dijelova ploča i, posljedično, njihov električni kapacitet. Dielektrik u ovim kondenzatorima je zrak. 
Značajno povećanje električnog kapaciteta zbog smanjenja razmaka između ploča postiže se u takozvanim elektrolitskim kondenzatorima (sl. 14.36). Dielektrik u njima je vrlo tanak film oksida koji prekriva jednu od ploča (traka folije). Druga obloga je papir impregniran otopinom posebne tvari (elektrolit). 
Kondenzatori vam omogućuju pohranjivanje električnog naboja. Kapacitet ravnog kondenzatora proporcionalan je površini ploča i obrnuto proporcionalan udaljenosti između ploča. Osim toga, ovisi o svojstvima dielektrika između ploča.
