Номер 3, страница 340 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Электростатика. Глава 8. Свойства электрического поля. Параграф 41. Электроёмкость. Энергия электрического поля - номер 3, страница 340.

Условие.

3. Расскажите о конденсаторе и его использовании.

Решение.

Конденсатор: устройство и принцип действия

Конденсатор — это пассивный электронный компонент, предназначенный для накопления электрического заряда и энергии электрического поля. В простейшем виде он состоит из двух проводящих пластин (называемых обкладками), разделённых слоем диэлектрика — вещества, которое не проводит электрический ток (например, воздух, бумага, керамика, слюда). При подключении конденсатора к источнику напряжения на его обкладках накапливаются равные по модулю и противоположные по знаку заряды. Между обкладками возникает электрическое поле, в котором и запасается энергия.

Основные характеристики конденсатора

Главной характеристикой конденсатора является его электроёмкость (или просто ёмкость). Ёмкость — это физическая величина, равная отношению заряда $\text{q}$, накопленного на одной из обкладок, к разности потенциалов (напряжению) $\text{U}$ между обкладками:

$C = q/U$

Единицей измерения ёмкости в системе СИ является фарад (Ф). На практике чаще используют дольные единицы: микрофарад (мкФ, $10^{-6}$ Ф), нанофарад (нФ, $10^{-9}$ Ф) и пикофарад (пФ, $10^{-12}$ Ф).

Ёмкость плоского конденсатора зависит от его геометрических размеров и свойств диэлектрика. Она вычисляется по формуле:

$C = (\varepsilon_0 \varepsilon S) / d$

где $\text{S}$ — площадь каждой обкладки, $\text{d}$ — расстояние между ними, $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная, а $\varepsilon$ — диэлектрическая проницаемость материала между обкладками.

Энергия, запасённая в электрическом поле заряженного конденсатора, определяется по формуле:

$W = (C U^2) / 2 = (q U) / 2 = q^2 / (2C)$

Использование конденсаторов

Благодаря своей способности накапливать и быстро отдавать заряд, конденсаторы находят широчайшее применение в электронике и электротехнике:

• Фильтры в источниках питания: Конденсаторы используются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, превращая переменный ток в постоянный.
• Накопление энергии: В фотовспышках, дефибрилляторах, лазерных установках конденсаторы заряжаются в течение длительного времени, а затем мгновенно разряжаются, создавая мощный импульс.
• Колебательные контуры: В сочетании с катушками индуктивности (LC-контуры) конденсаторы используются для настройки радиоприёмников и передатчиков на определённую частоту.
• Цепи связи и развязки: Конденсаторы могут пропускать переменный ток, но блокировать постоянный. Это свойство используется для разделения каскадов усилителей (разделительные конденсаторы) или для подавления высокочастотных помех в цепях питания (развязывающие/блокировочные конденсаторы).
• Временизадающие цепи: В паре с резисторами (RC-цепи) конденсаторы определяют временные интервалы в таймерах, генераторах импульсов и других схемах.
• Запуск электродвигателей: В однофазных асинхронных двигателях конденсаторы создают сдвиг фаз, необходимый для формирования вращающегося магнитного поля и запуска двигателя.
• Компенсация реактивной мощности: В промышленных электросетях конденсаторные батареи используются для повышения коэффициента мощности, что снижает потери электроэнергии.

Ответ: Конденсатор — это электронный компонент, состоящий из двух проводников, разделённых диэлектриком, и служащий для накопления электрического заряда и энергии. Его основная характеристика — ёмкость, измеряемая в фарадах. Конденсаторы широко применяются в различных областях электроники и электротехники для фильтрации напряжений, накопления энергии, в колебательных контурах для настройки на частоту, в качестве разделительных элементов в цепях, для запуска электродвигателей и в других целях.