Ответьте на вопросы, страница 138 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему широкое применение получили плоские конденсаторы, а не сферические?

Решение

Простота изготовления и стоимость. Производство плоских параллельных пластин является технологически простым и недорогим процессом, в то время как изготовление двух высокоточных концентрических сфер с равномерным зазором между ними — задача сложная и дорогостоящая. Это делает плоские конденсаторы значительно более выгодными для массового производства.

Компактность и эффективность использования объёма. Конструкция плоского конденсатора позволяет достигать высокой ёмкости в малом объёме. Две гибкие пластины-обкладки с диэлектриком между ними можно свернуть в компактный рулон (цилиндрические конденсаторы) или набрать в многослойный пакет (керамические и танталовые конденсаторы). Сферический конденсатор по своей природе объёмен и не поддаётся такой миниатюризации, что делает его непригодным для современной компактной электроники.

Масштабируемость ёмкости. Ёмкость плоского конденсатора определяется формулой $C = \frac{\varepsilon \varepsilon_0 S}{d}$. Эту ёмкость легко увеличить, либо наращивая площадь пластин $S$ (что легко сделать для рулонных конденсаторов), либо уменьшая толщину диэлектрика $d$. Для сферического конденсатора ($C = 4 \pi \varepsilon \varepsilon_0 \frac{R_1 R_2}{R_2 - R_1}$) достижение большой ёмкости требует либо очень больших физических размеров (большие радиусы $R_1, R_2$), либо крайне малого зазора между сферами, что сложно технологически. Расчёты показывают, что для получения большой ёмкости (например, 1 Фарад) сферический конденсатор должен был бы иметь размеры в десятки метров, в то время как плоский конденсатор той же ёмкости умещается в небольшой цилиндрический корпус.

Удобство монтажа. Прямоугольная или цилиндрическая форма плоских конденсаторов идеально подходит для автоматизированной сборки электронных устройств на печатных платах. Сферические компоненты крайне неудобны для монтажа и несовместимы со стандартными технологическими процессами, такими как поверхностный монтаж (SMT).

Таким образом, хотя у сферического конденсатора есть теоретическое преимущество в виде отсутствия краевых эффектов поля, его практические недостатки (громоздкость, высокая стоимость, сложность производства и монтажа) полностью перевешивают это достоинство, делая плоские конденсаторы доминирующим типом в электронике и электротехнике.

Ответ: Плоские конденсаторы получили широкое применение благодаря своей практичности: они дёшевы и просты в изготовлении, позволяют достичь большой ёмкости в компактном объёме (за счёт сворачивания пластин в рулон или сборки в пакет), и их форма удобна для автоматизированного монтажа на печатные платы. Сферические конденсаторы, напротив, громоздки, дороги в производстве и неудобны для интеграции в электронные схемы, что ограничивает их применение узкоспециализированными задачами.