خازن ها خازن ها تفاوت پتانسیل بین صفحات خازن با ظرفیت

یکی از مهم ترین پارامترهایی که یک خازن با آن مشخص می شود ظرفیت الکتریکی آن (C) است. کمیت فیزیکی C برابر است با:

ظرفیت خازن نامیده می شود. جایی که q مقدار بار یکی از صفحات خازن است و اختلاف پتانسیل بین صفحات آن است. ظرفیت خازن مقداری است که به اندازه و طراحی خازن بستگی دارد.

برای خازن هایی با دستگاه یکسان و با بارهای مساوی روی صفحات آن، اختلاف پتانسیل خازن هوا یک برابر کمتر از اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن خواهد بود که فضای بین صفحات با دی الکتریک پر شده است. یک ثابت دی الکتریک این بدان معنی است که ظرفیت یک خازن با دی الکتریک (C) چند برابر ظرفیت الکتریکی یک خازن هوا است ():

ثابت دی الکتریک دی الکتریک کجاست.

واحد ظرفیت خازن ظرفیت چنین خازنی است که توسط یک واحد شارژ (1 C) تا اختلاف پتانسیل برابر با یک ولت (در SI) شارژ می شود. واحد ظرفیت خازن (مانند هر ظرفیت التقاطی) در سیستم بین المللی واحدها (SI) فاراد (F) است.

ظرفیت الکتریکی یک خازن تخت

در بیشتر موارد، میدان بین صفحات یک خازن تخت یکنواخت در نظر گرفته می شود. یکنواختی فقط در نزدیکی لبه ها شکسته می شود. هنگام محاسبه ظرفیت خازن تخت، این اثرات لبه معمولاً نادیده گرفته می شود. این در صورتی امکان پذیر است که فاصله بین صفحات در مقایسه با ابعاد خطی آنها کم باشد. در این حالت، ظرفیت خازن تخت به صورت زیر محاسبه می شود:

ثابت الکتریکی کجاست S مساحت هر صفحه (یا کوچکترین) است. d فاصله بین صفحات است.

ظرفیت الکتریکی یک خازن مسطح که حاوی N لایه دی الکتریک است، ضخامت هر یک، ثابت دی الکتریک مربوط به لایه i برابر است با:

ظرفیت الکتریکی یک خازن استوانه ای

طراحی یک خازن استوانه ای شامل دو سطح رسانای استوانه ای کواکسیال (هم محور) با شعاع های مختلف است که فضای بین آنها با یک دی الکتریک پر شده است. ظرفیت الکتریکی چنین خازنی به صورت زیر است:

جایی که l ارتفاع سیلندرها است. - شعاع پوشش بیرونی؛ - شعاع پوشش داخلی.

ظرفیت های یک خازن کروی

خازن کروی خازنی است که صفحات آن دو سطح رسانای کروی متحدالمرکز هستند که فضای بین آنها با دی الکتریک پر شده است. ظرفیت چنین خازنی به صورت زیر است:

شعاع صفحات خازن کجاست.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ظرفیت الکتریکی

هنگامی که یک بار به یک رسانا داده می شود، یک پتانسیل φ در سطح آن ظاهر می شود، اما اگر همان بار به هادی دیگری منتقل شود، پتانسیل متفاوت خواهد بود. بستگی به پارامترهای هندسی هادی دارد. اما در هر صورت پتانسیل φ متناسب با بار است q.

واحد SI ظرفیت خازنی فاراد است. 1 F = 1Cl / 1V.

اگر پتانسیل سطح توپ

(5.4.3)

(5.4.4)

اغلب در عمل، واحدهای کوچکتری از ظرفیت استفاده می شود: 1 nF (نانوفراد) = 10-9 F و 1 pcF (picofarad) = 10-12 F.

نیاز به دستگاه هایی وجود دارد که شارژ را ذخیره کنند و هادی های انفرادی ظرفیت کمی دارند. از نظر تجربی، مشخص شد که ظرفیت الکتریکی یک رسانا افزایش می‌یابد اگر هادی دیگری به آن وارد شود - به دلیل پدیده های القای الکترواستاتیک.

خازن آیا دو هادی نامیده می شود پوشش می دهدنزدیک به هم واقع شده اند .

طراحی به گونه ای است که بدنه های خارجی اطراف خازن بر ظرفیت الکتریکی آن تأثیر نمی گذارد. اگر میدان الکترواستاتیک در داخل خازن، بین صفحات متمرکز شود، این کار انجام می شود.

خازن ها در خازن های تخت، استوانه ای و کروی موجود هستند.

از آنجایی که میدان الکترواستاتیک در داخل خازن است، خطوط جابجایی الکتریکی از صفحه مثبت شروع می شود، به صفحه منفی ختم می شود و هیچ جا ناپدید نمی شود. در نتیجه، اتهامات روی صفحات در علامت مخالف، اما در قدر برابر است.

ظرفیت خازن برابر است با نسبت بار به اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن:

(5.4.5)

علاوه بر ظرفیت خازن، هر خازن دارای ویژگی هایی است Uبرده (یا U NS . ) حداکثر ولتاژ مجاز است که بیش از آن بین صفحات خازن خرابی رخ می دهد.

اتصال خازن ها

باتری های خازنی- ترکیبی از اتصالات موازی و سری خازن ها.

1) اتصال موازی خازن ها (شکل 5.9):

در این مورد، ولتاژ مشترک است U:

هزینه کل:

ظرفیت حاصل:

با اتصال موازی مقاومت ها مقایسه کنید آر:

بنابراین، هنگامی که خازن ها به صورت موازی متصل می شوند، ظرفیت کل

ظرفیت کل بیشتر از بزرگترین ظرفیت باتری است.

2) اتصال سری خازن ها (شکل 5.10):

مشترک شارژ است q

یا ، از اینجا

مقایسه با اتصال سریال آر:

بنابراین، هنگامی که خازن ها به صورت سری متصل می شوند، ظرفیت کل کمتر از کوچکترین ظرفیت موجود در باتری است:

محاسبه ظرفیت خازن های مختلف

1.ظرفیت خازن تخت

قدرت میدان داخل خازن (شکل 5.11):

ولتاژ بین صفحات:

فاصله بین صفحات کجاست

از آنجا که اتهام، پس از آن

.

(5.4.7)

همانطور که از فرمول می بینید، ثابت دی الکتریک یک ماده تأثیر بسیار قوی بر ظرفیت خازن دارد. این را می توان به صورت تجربی مشاهده کرد: ما الکتروسکوپ را شارژ می کنیم، یک صفحه فلزی را به آن می آوریم - یک خازن داریم (به دلیل القای الکترواستاتیک، پتانسیل افزایش یافته است). اگر دی الکتریک با ε بین صفحات بیشتر از هوا وارد شود، ظرفیت خازن افزایش می یابد.

از (5.4.6) می توان واحدهای اندازه گیری ε 0 را به دست آورد:

.

2. ظرفیت خازن استوانه ای

تفاوت پتانسیل بین صفحات خازن استوانه ای نشان داده شده در شکل 5.12 را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

تعداد زیادی خازن که در تکنولوژی مورد استفاده قرار می گیرند از نظر نوع نزدیک به خازن تخت هستند. این یک خازن است که از دو صفحه رسانای موازی (صفحات) تشکیل شده است که توسط یک شکاف کوچک پر از دی الکتریک از هم جدا می شوند. بارهای با قدر مساوی و علامت مخالف روی صفحات متمرکز می شوند.

ظرفیت الکتریکی یک خازن تخت

ظرفیت الکتریکی یک خازن تخت بسیار ساده از طریق پارامترهای قطعات آن بیان می شود. با تغییر مساحت صفحات خازن و فاصله بین آنها، به راحتی می توان مطمئن شد که ظرفیت الکتریکی یک خازن تخت با مساحت صفحات آن (S) نسبت مستقیم و با فاصله آن نسبت معکوس دارد. بین آنها (د):

فرمول محاسبه ظرفیت خازن مسطح با استفاده از محاسبات نظری آسان است.

فرض کنید فاصله بین صفحات خازن بسیار کمتر از ابعاد خطی آنها باشد. سپس اثرات لبه را می توان نادیده گرفت و میدان الکتریکی بین صفحات را می توان یکنواخت در نظر گرفت. میدان (E) که توسط دو صفحه بینهایت حامل مدول و بار مخالف یکسان ایجاد می شود و توسط یک دی الکتریک با یک ثابت دی الکتریک از هم جدا می شوند، می توان با استفاده از فرمول تعیین کرد:

چگالی توزیع بار روی سطح صفحه کجاست. اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن در نظر گرفته شده در فاصله d برابر با:

سمت راست عبارت (3) را به جای اختلاف پتانسیل در (1) با در نظر گرفتن اینکه داریم:

انرژی میدان یک خازن تخت و نیروی برهمکنش صفحات آن

فرمول انرژی میدان یک خازن تخت به صورت زیر نوشته می شود:

حجم کندانسور کجاست E قدرت میدان خازن است. فرمول (5) انرژی خازن را با بار روی صفحات آن و قدرت میدان متصل می کند.

نیروی مکانیکی (پندموتور) که صفحات یک خازن مسطح با یکدیگر برهمکنش دارند را می توان با استفاده از فرمول پیدا کرد:

در عبارت (6) منهای نشان می دهد که صفحات خازن به سمت یکدیگر جذب می شوند.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

مثال 2

ورزش	اختلاف پتانسیل بین صفحات یک کندانسور هوای مسطح V است. مساحت صفحات برابر است، فاصله بین آنها برابر است. متر انرژی خازن چقدر است و اگر صفحات از هم فاصله بگیرند به چه میزان خواهد بود. متر لطفا توجه داشته باشید که منبع ولتاژ در هنگام گسترش صفحات خاموش نمی شود.
راه حل	بیایید یک نقاشی بکشیم. انرژی میدان الکتریکی یک خازن را می توان با استفاده از عبارت زیر بدست آورد: از آنجایی که خازن مسطح است، ظرفیت الکتریکی آن را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:

7.6. خازن ها

7.6.3. تغییر ظرفیت الکتریکی خازن و بانک خازن

ظرفیت خازن را می توان با افزایش یا کاهش فاصله بین صفحات آن، جایگزینی دی الکتریک در فضای بین آنها و غیره تغییر داد. در این مورد، مشخص می شود که آیا خازن قطع شده یا به منبع ولتاژ متصل است، تعیین کننده است.

اگر خازن (یا بانک خازن):

• به منبع ولتاژ متصل می شود، سپس اختلاف پتانسیل (ولتاژ) بین صفحات خازن بدون تغییر و برابر با ولتاژ قطب های منبع باقی می ماند:

U = const;

• از منبع ولتاژ جدا می شود، سپس شارژ صفحات خازن بدون تغییر باقی می ماند:

Q = ثابت.

هنگام اتصال به یکدیگر جلدهای همنامدو خازن شارژ شده، آنها اتصال موازی.

U = Q کل C کل،

که در آن Q مجموع شارژ بانک خازن است. C کل - ظرفیت الکتریکی باتری؛

C کل = C 1 + C 2،

که در آن C 1 ظرفیت الکتریکی اولین خازن است. C 2 - ظرفیت الکتریکی خازن دوم.

• شارژ کل

Q مجموع = Q 1 + Q 2،

هنگام اتصال به یکدیگر پوشش های غیر مشابهدو خازن شارژ شده (همانطور که در مورد اتصال صفحات به همین نام) وجود دارد اتصال موازی.

پارامترهای چنین بانک خازنی به صورت زیر محاسبه می شود:

• ولتاژ بانک خازن

U = Q کل C کل،

که در آن Q مجموع شارژ بانک خازن است. C کل - ظرفیت باتری؛

• ظرفیت الکتریکی بانک خازن

C کل = C 1 + C 2،

جایی که C 1 - ظرفیت الکتریکی اولین خازن؛ C 2 - ظرفیت الکتریکی خازن دوم.

• شارژ کل

Q کل = | Q 1 - Q 2 |،

که در آن Q 1 شارژ اولیه اولین خازن است، Q 1 = C 1 U 1 . U 1 - ولتاژ (تفاوت پتانسیل) بین صفحات اولین خازن قبل از اتصال. Q 2 - شارژ اولیه خازن دوم، Q 2 = C 2 U 2؛ U 2 - ولتاژ (اختلاف پتانسیل) بین صفحات خازن دوم قبل از اتصال.

مثال 17. دو خازن با ظرفیت الکتریکی یکسان به ترتیب با اختلاف پتانسیل 120 و 240 ولت شارژ می شوند و سپس با صفحات باردار مشابه وصل می شوند. اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن ها پس از اتصال مشخص شده چقدر خواهد بود؟

راه حل . قبل از اتصال صفحات خازن به همین نام، هر یک از آنها دارای شارژ بودند:

• اولین خازن -

• خازن دوم -

هنگام اتصال صفحات به همین نام، اتصال موازی خازن ها را دریافت می کنیم. اختلاف پتانسیل بین صفحات بانک خازن با فرمول تعیین می شود

U = Q کل C کل،

شارژ کل باتری دو خازن که با اتصال صفحات همنام آنها به دست می آید، با مجموع بارهای هر یک از آنها تعیین می شود:

Q مجموع = Q 1 + Q 2،

U = Q کل C کل = Q 1 + Q 2 2 C = C U 1 + C U 2 2 C = U 1 + U 2 2.

بیایید محاسبه کنیم:

U = 120 + 240 2 = 180 V.

اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن ها پس از اتصال مشخص شده 180 ولت خواهد بود.

مثال 18. دو خازن مسطح یکسان با اختلاف پتانسیل 200 و 300 ولت شارژ می شوند. اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن ها را پس از اتصال صفحات مخالف آنها تعیین کنید.

راه حل . قبل از اتصال صفحات خازن متفاوت، هر یک از آنها دارای شارژ بودند:

• اولین خازن -

Q 1 = C 1 U 1 = CU 1،

که در آن C 1 ظرفیت الکتریکی اولین خازن است، C 1 = C. U 1 اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن اول است.

• خازن دوم -

Q 2 = C 2 U 2 = CU 2،

که در آن C 2 ظرفیت الکتریکی خازن دوم است، C 2 = C. U 2 اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن دوم است.

هنگام اتصال صفحات مقابل، اتصال موازی خازن ها را به دست می آوریم. اختلاف پتانسیل بین صفحات بانک خازن با فرمول تعیین می شود

U = Q کل C کل،

که در آن Q مجموع کل شارژ باتری است. C کل - کل ظرفیت الکتریکی باتری.

شارژ کل باتری دو خازن که با اتصال صفحات مخالف آنها به دست می آید، با مدول اختلاف بارهای هر یک از آنها تعیین می شود:

Q کل = | Q 1 - Q 2 |،

و مجموع ظرفیت الکتریکی یک باتری از دو خازن یکسان که به صورت موازی به هم متصل شده اند است

C کل = C 1 + C 2 = 2C.

بنابراین، اختلاف پتانسیل بین صفحات باتری با بیان تعیین می شود

U = Q کل C کل = | س 1 - س 2 | 2 C = | C U 1 - C U 2 | 2 C = | U 1 - U 2 | 2.

بیایید محاسبه کنیم:

U = | 200 - 300 | 2 = 50 ولت.

اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن ها پس از اتصال مشخص شده 50 ولت خواهد بود.

مثال 19. یک خازن هوای تخت که به ولتاژ 180 ولت شارژ شده و از منبع ولتاژ جدا شده است. یک صفحه فلزی بدون شارژ به موازات آنها وارد فضای بین صفحات آن می شود که ضخامت آن 3 برابر کمتر از فاصله بین صفحات است. با فرض قرار گرفتن ورق فلزی به صورت متقارن نسبت به صفحات خازن، اختلاف پتانسیلی که بین آنها برقرار خواهد شد را تعیین کنید.

راه حل . هنگامی که یک صفحه فلزی در یک خازن تخت قرار می گیرد همانطور که در شکل نشان داده شده است، الکترون های آزاد در فلز دوباره توزیع می شوند:

• صفحه ای که رو به صفحه باردار مثبت خازن است، الکترون های اضافی دریافت می کند و با بار منفی q 1 = -q بار می شود.

• صفحه رو به صفحه بار منفی خازن دارای کمبود الکترون است و با بار مثبت q 2 = + q شارژ می شود.

در نتیجه توزیع مجدد بار، صفحه خنثی می ماند:

Q = q 1 + q 2 = -q + ​​q = 0.

توزیع مجدد شارژ در صفحه فلزی منجر به تشکیل باتری از دو خازن می شود:

• صفحه با بار مثبت خازن و صفحه دارای بار منفی صفحه فلزی دارای بارهای مدول مشابه علامت مخالف هستند. آنها را می توان به عنوان یک خازن با ظرفیت الکتریکی در نظر گرفت

C 1 = ε 0 S d 1،

که در آن ε 0 یک ثابت الکتریکی است، ε 0 = 8.85 ⋅ 10-12 Cl 2 / (N ⋅ m 2). S مساحت صفحه خازن است. d 1 - فاصله بین صفحه خازن با بار مثبت و صفحه با بار منفی صفحه فلزی.

• صفحه با بار منفی خازن و صفحه دارای بار مثبت صفحه فلزی نیز دارای بارهای مدول مشابه علامت مخالف هستند. آنها را می توان به عنوان یک خازن با ظرفیت الکتریکی در نظر گرفت

C 2 = ε 0 S d 2،

که در آن d 2 فاصله بین صفحه خازن با بار منفی و صفحه با بار مثبت صفحه فلزی است.

هر دو خازن شارژ یکسانی دارند و یک اتصال سری تشکیل می دهند. ظرفیت الکتریکی یک باتری دو خازن در اتصال سری با فرمول تعیین می شود

1 C کل = 1 C 1 + 1 C 2، یا C کل = C 1 C 2 C 1 + C 2.

با آرایش متقارن صفحه در فضای بین صفحات خازن (d 1 = d 2 = d)، ظرفیت خازن ها یکسان است:

C 1 = C 2 = ε 0 S d،

ظرفیت الکتریکی کل باتری با عبارت داده می شود

C کل = C 1 C 2 C 1 + C 2 = C 2 = ε 0 S 2 d،

جایی که d = (d 0 - a) / 2; d 0 - فاصله بین صفحات خازن قبل از معرفی صفحه. a ضخامت صفحه فلزی است.

تفاوت پتانسیل بین صفحات باتری

U = Q کل C کل = 2 d q ε 0 S = q (d 0 - a) ε 0 S،

که در آن Q مجموع شارژ باتری خازن های متصل به سری است، Q مجموع = q.

اختلاف پتانسیل اولیه با فرمول تعیین می شود

U 0 = Q 0 C 0 = Q 0 d 0 ε 0 S،

که در آن Q 0 بار خازن قبل از معرفی صفحه است، Q 0 = q (خازن از منبع ولتاژ جدا شده است). C 0 - ظرفیت الکتریکی خازن قبل از قرار دادن صفحه.

نسبت اختلاف پتانسیل قبل و بعد از معرفی صفحه فلزی با بیان تعیین می شود

U U 0 = d 0 - a d 0.

از اینجا تفاوت پتانسیل مورد نیاز را پیدا می کنیم

U = U 0 d 0 - a d 0.

با در نظر گرفتن d 0 = 3a، عبارت به شکل زیر در می آید:

U = U 0 3 a - a 3 a = 2 3 U 0.

بیایید محاسبه کنیم:

U = 2 3 ⋅ 180 = 120 ولت.

در نتیجه ورود یک صفحه فلزی به خازن، اختلاف پتانسیل بین صفحات آن کاهش یافت و به 120 ولت رسید.

مثال 20. یک خازن هوای تخت به ولتاژ 240 ولت شارژ می شود و از منبع ولتاژ جدا می شود. به صورت عمودی در مایعی با ثابت دی الکتریک 2.00 در یک سوم حجم آن غوطه ور می شود. اختلاف پتانسیل ایجاد شده بین صفحات خازن را بیابید.

راه حل . همانطور که در شکل نشان داده شده است، هنگامی که یک خازن هوای صاف تا حدی در یک دی الکتریک مایع غوطه ور می شود، الکترون های آزاد در صفحات آن به گونه ای دوباره توزیع می شوند که:

• بخشی از صفحات خازن غوطه ور در دی الکتریک دارای شارژ q 1 است.
• بخشی از صفحات خازن باقی مانده در هوا دارای شارژ q 2 است.

در نتیجه توزیع مجدد بار در سطح صفحات خازن، شارژ روی صفحات آن ایجاد می شود:

Q مجموع = q 1 + q 2.

ناحیه صفحات خازن، هنگامی که تا حدی در یک دی الکتریک مایع غوطه ور می شود، به دو قسمت تقسیم می شود:

• قسمت غوطه ور در دی الکتریک دارای مساحت S 1 است. قسمت مربوط به خازن را می توان به عنوان یک خازن جداگانه با ظرفیت الکتریکی در نظر گرفت

C 1 = ε 0 ε S 1 d،

که در آن ε 0 یک ثابت الکتریکی است، ε 0 = 8.85 ⋅ 10-12 Cl 2 / (N ⋅ m 2). ε ثابت دی الکتریک خازن است. d فاصله بین صفحات خازن است.

• قسمت باقی مانده در هوا دارای مساحت S 2 است. قسمت مربوط به خازن را می توان به عنوان یک خازن جداگانه با ظرفیت الکتریکی در نظر گرفت

C 2 = ε 0 S 2 d.

هر دو خازن اختلاف پتانسیل یکسانی بین صفحات دارند و یک اتصال موازی تشکیل می دهند. ظرفیت الکتریکی یک باتری دو خازن به صورت موازی با فرمول تعیین می شود

C کل = C 1 + C 2 = ε 0 ε S 1 d + ε 0 S 2 d = ε 0 d (ε S 1 + S 2)،

و شارژ روی صفحات باتری است

Q کل = C کل U = ε 0 d (ε S 1 + S 2) U،

که در آن U اختلاف پتانسیل بین صفحات باتری است.

ظرفیت الکتریکی یک خازن قبل از غوطه ور کردن آن در دی الکتریک توسط عبارت تعیین می شود

C 0 = ε 0 S 0 d،

و شارژ روی صفحات آن است

Q 0 = C 0 U 0 = ε 0 S 0 d U 0،

جایی که U 0 - اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن قبل از معرفی صفحه. S 0 - مساحت صفحه.

خازن از منبع ولتاژ جدا شده است، بنابراین شارژ آن پس از غوطه ور شدن جزئی در دی الکتریک تغییر نمی کند:

Q 0 = Q کل،

یا به صراحت

ε 0 S 0 d U 0 = ε 0 d (ε S 1 + S 2) U.

پس از ساده سازی، داریم:

S 0 U 0 = (εS 1 + S 2) U.

از این رو نتیجه می شود که تفاوت پتانسیل جستجو شده توسط عبارت تعیین می شود

U = U 0 S 0 ε S 1 + S 2.

با در نظر گرفتن این واقعیت که بخشی از صفحات خازن در دی الکتریک غوطه ور است، یعنی.

S 1 = ηS 0، S 2 = S 0 - S 1 = S 0 - ηS 0 = S 0 (1 - η)، η = 1 3،

U = U 0 S 0 ε η S 0 + S 0 (1 - η) = U 0 ε η + 1 - η.

از اینجا تفاوت پتانسیل مورد نیاز را پیدا می کنیم:

U = 240 2.00 ⋅ 1 3 + 1 - 1 3 = 180 V.

کمیت فیزیکی برابر با کاری که نیروهای میدان با جابجایی بار از یک نقطه میدان به نقطه دیگر انجام می دهند نامیده می شود. تنشبین این نقاط میدان

یک میدان الکترواستاتیکی یکنواخت را در نظر بگیرید (چنین میدانی بین صفحات خازن باردار مسطح دور از لبه‌های آن وجود دارد):

در طول حرکت بار، میدان کار می کند:

1. هادی در میدان الکتریکی خارجی (صد اتفاق می افتد، چرا القا می شود)

القای الکترواستاتیک،

هدایت در رساناها یا دی الکتریک بارهای الکتریکی در یک میدان الکتریکی ثابت.

V هادی هاذرات باردار متحرک - الکترونها - تحت عمل حرکت می کنند خارجیبرقی زمینه های... این حرکت تا زمانی رخ می دهد که شارژ مجدداً توزیع شود تا الکتریسیته رشتهداخل رهبر ارکستربه طور کامل جبران خواهد کرد خارجیرشتهو کل برق رشتهداخل رهبر ارکسترصفر می شود (اگر این اتفاق نمی افتاد، آنگاه در داخل رسانایی که در یک میدان الکتریکی ثابت قرار می گیرد، جریان الکتریکی به طور نامحدود وجود خواهد داشت، که با قانون بقای انرژی در تضاد است.) در نتیجه، بارهای القایی (القایی) مساوی با علامت مخالف. .

در دی‌الکتریک‌هایی که در یک میدان الکتریکی ثابت قرار می‌گیرند، پلاریزاسیون اتفاق می‌افتد، که شامل جابجایی جزئی بارهای مثبت و منفی در داخل مولکول‌ها در جهت مخالف است که منجر به تشکیل الکتریسیته می‌شود. دوقطبی ها(با یک گشتاور الکتریکی متناسب با میدان خارجی)، یا در جهت گیری جزئی مولکول ها با یک گشتاور الکتریکی در جهت میدان. در هر دو مورد، گشتاور دوقطبی الکتریکی در واحد حجم دی الکتریک غیر صفر می شود. بارهای محدود روی سطح دی الکتریک ظاهر می شوند. اگر پلاریزاسیون ناهمگن باشد، بارهای محدود در داخل دی الکتریک ظاهر می شوند. یک دی الکتریک پلاریزه یک میدان الکترواستاتیک تولید می کند که به میدان خارجی اضافه می شود. (سانتی متر. دی الکتریک ها.)

1. ظرفیت الکتریکی، خازن

ظرفیت الکتریکی- اندازه گیری کمی از توانایی هادی برای نگه داشتن بار.

ساده‌ترین راه‌ها برای جداسازی بارهای الکتریکی غیرمشابه - الکتریسیته و القای الکترواستاتیک - به دست آوردن مقدار کمی بار الکتریکی آزاد در سطح اجسام را ممکن می‌سازد. برای انباشت مقادیر قابل توجهی از بارهای الکتریکی بر خلاف، خازن ها.

خازن سیستمی از دو هادی (صفحه) است که توسط یک لایه دی الکتریک از هم جدا شده اند که ضخامت آنها در مقایسه با ابعاد هادی ها کم است. بنابراین، به عنوان مثال، دو صفحه فلزی مسطح که به صورت موازی قرار گرفته اند و توسط یک لایه دی الکتریک از هم جدا شده اند، تشکیل می شوند تختخازن

اگر به صفحات یک خازن مسطح در بارهای بزرگی علامت مخالف گفته شود، آنگاه شدت میدان الکتریکی بین صفحات دو برابر قدرت میدان یک صفحه خواهد بود. در خارج از صفحات، شدت میدان الکتریکی صفر است، زیرا بارهای مساوی با علامت مخالف در دو صفحه، میدان‌های الکتریکی را در خارج از صفحات ایجاد می‌کنند که قدرت آن‌ها از نظر بزرگی برابر، اما در جهت مخالف هستند.

ظرفیت خازن کمیت فیزیکی نامیده می شود که با نسبت بار یکی از صفحات به ولتاژ بین صفحات خازن تعیین می شود:

با موقعیت ثابت صفحات، ظرفیت الکتریکی خازن برای هر بار شارژ روی صفحات ثابت است.

فاراد به عنوان واحد ظرفیت الکتریکی در سیستم SI در نظر گرفته می شود. 1 F ظرفیت الکتریکی چنین خازنی است که ولتاژ بین صفحات آن برابر با 1 ولت است که صفحات از بارهای مخالف 1 درجه سانتیگراد مطلع شوند.

ظرفیت الکتریکی یک خازن تخت را می توان با فرمول محاسبه کرد:

، جایی که

S - مساحت صفحات خازن

د - فاصله بین صفحات

- ثابت دی الکتریک دی الکتریک

ظرفیت الکتریکی توپ را می توان با فرمول محاسبه کرد:

انرژی یک خازن شارژ شده

اگر در داخل خازن قدرت میدان E باشد، شدت میدان ایجاد شده توسط بار یکی از صفحات E/2 است. در یک میدان یکنواخت یک صفحه، باری روی سطح صفحه دیگر توزیع می شود. با توجه به فرمول انرژی پتانسیل یک بار در یک میدان یکنواخت، انرژی یک خازن برابر است با:

با استفاده از فرمول ظرفیت خازن
: