ความจุของตัวเก็บประจุแบบขนาน ความจุไฟฟ้าตัวเก็บประจุ อนุกรมและการเชื่อมต่อแบบขนานของตัวเก็บประจุ

ความจุไฟฟ้า คาปาซิเตอร์บรรยาย #9หากตัวนำสองตัวที่แยกจากกันได้รับประจุ q 1 และ q 2 ดังนั้นความต่างศักย์ไฟฟ้า Δφ จะเกิดขึ้นระหว่างกัน ขึ้นอยู่กับขนาดของประจุและรูปทรงของตัวนำ ความต่างศักย์ Δφ ระหว่างจุดสองจุดในสนามไฟฟ้ามักเรียกว่า แรงดัน และเขียนแทนด้วยตัวอักษร U สิ่งที่น่าสนใจที่สุดในทางปฏิบัติคือกรณีที่ประจุของตัวนำมีขนาดเท่ากันและมีเครื่องหมายตรงข้ามกัน: q 1 = - q 2 = คิว ในกรณีนี้ คุณสามารถแนะนำแนวคิดของ ความจุไฟฟ้า ความจุไฟฟ้าของระบบของตัวนำสองตัวคือปริมาณทางกายภาพที่กำหนดเป็นอัตราส่วนของประจุ q ของตัวนำตัวใดตัวหนึ่งต่อความต่างศักย์ Δφ ระหว่างพวกมัน: มีการกำหนดค่าของตัวนำดังกล่าวซึ่งสนามไฟฟ้ามีความเข้มข้น (แปลเป็นภาษาท้องถิ่น) เฉพาะในบางพื้นที่เท่านั้น ระบบดังกล่าวเรียกว่าตัวเก็บประจุและตัวนำที่ประกอบเป็นตัวเก็บประจุเรียกว่าเพลต ตัวเก็บประจุที่ง่ายที่สุด- ระบบของเพลตนำไฟฟ้าแบบแบนสองแผ่นที่วางขนานกันในระยะห่างเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับขนาดของเพลตและคั่นด้วยชั้นอิเล็กทริก ตัวเก็บประจุดังกล่าวเรียกว่าแบน สนามไฟฟ้า ตัวเก็บประจุแบบแบนส่วนใหญ่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นระหว่างแผ่นเปลือกโลก (รูปที่ 4.6.1); อย่างไรก็ตาม สนามไฟฟ้าที่ค่อนข้างอ่อนก็เกิดขึ้นใกล้กับขอบของแผ่นเปลือกโลกและในพื้นที่โดยรอบซึ่งเรียกว่าสนามเร่ร่อน ในปัญหาจำนวนหนึ่ง เราสามารถละเลยสนามเร่ร่อนได้ประมาณ และถือว่าสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแบบแบนนั้นกระจุกตัวอยู่ระหว่างแผ่นเปลือกโลกทั้งหมด (รูปที่ 4.6.2) แต่ในปัญหาอื่นๆ การละเลยสนามเร่ร่อนอาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดอย่างร้ายแรง เนื่องจากเป็นการละเมิดลักษณะที่อาจเกิดขึ้น สนามไฟฟ้า(ดู§ 4.4) เพลตที่มีประจุของตัวเก็บประจุแบบแบนแต่ละแผ่นจะสร้างสนามไฟฟ้าใกล้พื้นผิว ซึ่งโมดูลัสความแรงจะแสดงโดยความสัมพันธ์ (ดู § 4.3)

ตามหลักการของการทับซ้อน ความแรงของสนามที่สร้างโดยแผ่นเปลือกโลกทั้งสองจะเท่ากับผลรวมของจุดแข็งและสนามของแผ่นเปลือกโลกแต่ละแผ่น: นอกแผ่นเปลือกโลก เวกเตอร์และทิศทางที่ต่างกัน ดังนั้น E = 0 . ความหนาแน่นของประจุที่พื้นผิว σ ของเพลตเท่ากับ q / S โดยที่ q คือประจุ และ S คือพื้นที่ของแต่ละเพลต ความต่างศักย์ Δφ ระหว่างเพลตในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอคือ Ed โดยที่ d คือระยะห่างระหว่างเพลต จากความสัมพันธ์เหล่านี้ คุณจะได้สูตรสำหรับความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแบบแบน: ตัวอย่างของตัวเก็บประจุที่มีโครงแบบเพลตต่างกันคือตัวเก็บประจุแบบทรงกลมและทรงกระบอก ตัวเก็บประจุแบบทรงกลมคือระบบของทรงกลมที่มีศูนย์กลางสองอันที่มีรัศมี R 1 และ R 2 . ตัวเก็บประจุทรงกระบอกเป็นระบบของกระบอกสูบโคแอกเซียลสองกระบอกที่มีรัศมี R 1 และ R 2 และความยาว L ความจุของตัวเก็บประจุเหล่านี้เต็มไปด้วยไดอิเล็กตริกที่มีการอนุญาติ ε จะแสดงโดยสูตร: ตัวเก็บประจุสามารถเชื่อมต่อถึงกันเพื่อสร้างธนาคารตัวเก็บประจุ เมื่อตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบขนาน (รูปที่ 4.6.3) แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุจะเท่ากัน: U 1 \u003d U 2 \u003d U และประจุจะเท่ากับ q 1 \u003d C 1 U และ q 2 \ u003d C 2 U. ระบบดังกล่าวถือได้ว่าเป็นความจุไฟฟ้าเดียว C , ชาร์จด้วยประจุ q \u003d q 1 + q 2 ที่แรงดันไฟฟ้าระหว่างเพลตเท่ากับ U มันตามมาจากนี้ ที่ การเชื่อมต่อแบบอนุกรม(รูปที่ 4.6.4) ประจุของตัวเก็บประจุทั้งสองจะเท่ากัน: q 1 \u003d q 2 \u003d q และแรงดันไฟฟ้าเท่ากันและระบบดังกล่าวถือได้ว่าเป็นตัวเก็บประจุตัวเดียวที่มีประจุ q ที่แรงดันไฟฟ้าระหว่างเพลต U \u003d U 1 + U 2 เพราะเหตุนี้, เมื่อตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบอนุกรม ค่า reciprocals ของ capacitances จะถูกรวมเข้าด้วยกัน สูตรสำหรับการเชื่อมต่อแบบขนานและแบบอนุกรมยังคงใช้ได้สำหรับตัวเก็บประจุจำนวนเท่าใดก็ได้ที่เชื่อมต่ออยู่ในแบตเตอรี่ พลังงานไฟฟ้าทุ่งนาประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าตัวเก็บประจุที่มีประจุมีพลังงานสำรอง พลังงานของตัวเก็บประจุที่มีประจุเท่ากับการทำงานของแรงภายนอกที่ต้องใช้ในการเก็บประจุตัวเก็บประจุ กระบวนการชาร์จตัวเก็บประจุสามารถแสดงเป็นการถ่ายโอนตามลำดับที่เพียงพอ ส่วนเล็ก ๆ ของประจุ Δq> 0 จากจานหนึ่งไปยังอีกจานหนึ่ง (รูปที่ 4.7 .one) ในกรณีนี้ จานหนึ่งจะค่อย ๆ ชาร์จด้วยประจุบวก และอีกจานหนึ่งมีประจุลบ เนื่องจากแต่ละส่วนจะถูกถ่ายโอนภายใต้เงื่อนไขเมื่อมีประจุ q บนเพลตอยู่แล้ว และมีความต่างศักย์ระหว่างกัน เมื่อถ่ายโอนแต่ละส่วน Δq แรงภายนอกจะต้องทำงาน พลังงาน W e ของความจุ C ที่ชาร์จด้วยประจุ Q สามารถพบได้โดยการรวมนิพจน์นี้ระหว่าง 0 และ Q: พลังงานไฟฟ้า W อี ควรพิจารณาเป็นพลังงานศักย์ที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุที่มีประจุ สูตรสำหรับ W e นั้นคล้ายกับสูตรสำหรับพลังงานศักย์ E p ของสปริงที่ผิดรูป (ดู § 2.4) โดยที่ k คือความแข็งของสปริง x คือการเปลี่ยนรูป F = kx คือแรงภายนอก ตามแนวคิดสมัยใหม่ พลังงานไฟฟ้าตัวเก็บประจุถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในช่องว่างระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุนั่นคือในสนามไฟฟ้า ดังนั้นจึงเรียกว่าพลังงานของสนามไฟฟ้า สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ง่าย ๆ จากตัวอย่างตัวเก็บประจุแบบแบนที่มีประจุ ความแรงของสนามสม่ำเสมอในตัวเก็บประจุแบบแบนมีค่าเท่ากับ E \u003d U / d และค่าความจุ ดังนั้น คือพลังงานไฟฟ้า (ศักย์ไฟฟ้า) ของปริมาตรหน่วยของพื้นที่ที่สร้างสนามไฟฟ้า เรียกว่า ความหนาแน่นเชิงปริมาตรของพลังงานไฟฟ้า พลังงานของสนามที่สร้างขึ้นจากการแจกแจงใด ๆ ค่าไฟฟ้าในอวกาศสามารถพบได้โดยการรวมความหนาแน่นรวมของปริมาตรทั้งหมดที่สร้างสนามไฟฟ้า ไฟฟ้ากระแส

คงที่ไฟฟ้าหมุนเวียน

ไฟฟ้าหมุนเวียน.กฎโอมะบรรยาย № 10 หากวางตัวนำหุ้มฉนวนในสนามไฟฟ้า แรงจะกระทำต่อประจุอิสระ q ในตัวนำ ด้วยเหตุนี้ การเคลื่อนที่ในระยะสั้นของประจุอิสระจึงเกิดขึ้นในตัวนำ กระบวนการนี้จะสิ้นสุดลงเมื่อสนามไฟฟ้าของประจุที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของตัวนำไม่ชดเชยสนามภายนอกอย่างสมบูรณ์ สนามไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นภายในตัวนำเป็นศูนย์ (ดู§ 4.5) อย่างไรก็ตาม ในตัวนำไฟฟ้า ภายใต้เงื่อนไขบางประการ การเคลื่อนที่ตามคำสั่งอย่างต่อเนื่องของตัวพาประจุไฟฟ้าฟรีอาจเกิดขึ้นได้ การเคลื่อนไหวนี้เรียกว่ากระแสไฟฟ้า ทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุบวกเป็นทิศทางของกระแสไฟฟ้า สำหรับการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้าในตัวนำนั้นจำเป็นต้องสร้างสนามไฟฟ้าขึ้นมา การวัดเชิงปริมาณของกระแสไฟฟ้าคือความแรงของกระแส I - ปริมาณทางกายภาพของสเกลาร์เท่ากับอัตราส่วนของประจุ Δq ที่ถ่ายโอนผ่านหน้าตัดของตัวนำ (รูปที่ 4.8.1) ในช่วงเวลา Δt ถึงช่วงเวลานี้ : ในระบบสากลของหน่วย SI ความแรงของกระแสจะวัดเป็นแอมแปร์ (BUT) หน่วยปัจจุบัน 1 A ถูกตั้งค่าตาม ปฏิสัมพันธ์แม่เหล็กตัวนำกระแสไฟฟ้าคู่ขนานสองตัว (ดู§ 4.16) คงที่ ไฟฟ้าสามารถสร้างได้เฉพาะในวงจรปิดที่ผู้ให้บริการชาร์จฟรีหมุนเวียนไปตามเส้นทางปิด สนามไฟฟ้าที่จุดต่าง ๆ ในวงจรนั้นจะคงที่ตลอดเวลา ดังนั้นสนามไฟฟ้าในวงจร กระแสตรงมีการแช่แข็ง สนามไฟฟ้าสถิต. แต่เมื่อเคลื่อนที่ประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้าสถิตไปตามเส้นทางปิด การทำงาน แรงไฟฟ้าเป็นศูนย์ (ดู§ 4.4) ดังนั้นการมีอยู่ของกระแสตรงจึงจำเป็นต้องมีใน วงจรไฟฟ้าอุปกรณ์ที่สามารถสร้างและรักษาความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นในส่วนของวงจรอันเนื่องมาจากการทำงานของแรงที่ไม่เกิดไฟฟ้าสถิต อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าแหล่งกระแสตรง แรงที่เกิดจากแหล่งกำเนิดที่ไม่ใช่ไฟฟ้าสถิตซึ่งกระทำต่อตัวพาประจุไฟฟ้าฟรีจากแหล่งปัจจุบันเรียกว่า แรงภายนอก ลักษณะของแรงภายนอกอาจแตกต่างกัน ในเซลล์หรือแบตเตอรี่กัลวานิก เกิดขึ้นจากกระบวนการไฟฟ้าเคมี ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง แรงภายนอกเกิดขึ้นเมื่อตัวนำเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก แหล่งกระแสในวงจรไฟฟ้ามีบทบาทเช่นเดียวกับปั๊ม ซึ่งจำเป็นสำหรับการสูบของเหลวในระบบไฮดรอลิกแบบปิด ภายใต้การกระทำของแรงภายนอก ประจุไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ภายในแหล่งกำเนิดกระแสกับแรงของสนามไฟฟ้าสถิต ซึ่งทำให้กระแสไฟฟ้าคงที่สามารถคงอยู่ในวงจรปิดได้ เมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนไปตามวงจร DC แรงภายนอกจะกระทำภายใน แหล่งที่มาปัจจุบันทำงาน ปริมาณทางกายภาพเท่ากับอัตราส่วนของงาน A st ของแรงภายนอกเมื่อเคลื่อนที่ประจุ q จากขั้วลบของแหล่งกำเนิดกระแสไปยังค่าบวกกับค่าของประจุนี้เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด (EMF):

ดังนั้น EMF จึงถูกกำหนดโดยงานที่ทำโดยแรงภายนอกเมื่อเคลื่อนประจุบวกหนึ่งประจุ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเช่นเดียวกับความต่างศักย์จะถูกวัดเป็นโวลต์ (V) เมื่อประจุบวกหนึ่งประจุเคลื่อนที่ไปตามวงจร DC แบบปิด แรงภายนอกจะเท่ากับผลรวมของ EMF ที่กระทำต่อวงจรนี้ และ การทำงานของสนามไฟฟ้าสถิตเป็นศูนย์ วงจร DC สามารถแบ่งออกเป็นบางส่วน ส่วนเหล่านั้นที่แรงภายนอกไม่กระทำ (เช่น ส่วนที่ไม่มีแหล่งที่มาในปัจจุบัน) เรียกว่าเป็นเนื้อเดียวกัน ส่วนที่มีแหล่งกำเนิดกระแสเรียกว่า heterogeneous เมื่อประจุบวกเดียวเคลื่อนไปตามส่วนของวงจร ทั้งไฟฟ้าสถิต (คูลอมบ์) และแรงภายนอกจะทำงาน การทำงานของแรงไฟฟ้าสถิตเท่ากับความต่างศักย์ Δφ 12 \u003d φ 1 - φ 2 ระหว่างจุดเริ่มต้น (1) และจุดสุดท้าย (2) ของส่วนที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน การทำงานของแรงภายนอกตามคำนิยาม แรงเคลื่อนไฟฟ้า 12 ที่กระทำในบริเวณนี้ นั่นเป็นเหตุผลที่ งานเต็มเท่ากับ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน G. Ohm ในปี 1826 ได้ทำการทดลองว่าความแรงของกระแส I ที่ไหลผ่านตัวนำโลหะที่เป็นเนื้อเดียวกัน (กล่าวคือ ตัวนำที่ไม่มีแรงภายนอกกระทำการ) เป็นสัดส่วนกับแรงดัน U ที่ปลายตัวนำ: โดยที่ R = const ค่าของ R มักจะเรียกว่าความต้านทานไฟฟ้า ตัวนำที่มีความต้านทานไฟฟ้าเรียกว่าตัวต้านทาน อัตราส่วนนี้เป็นการแสดงออกถึงกฎของโอห์มสำหรับส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของวงจร: ความแรงของกระแสในตัวนำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และแปรผกผันกับความต้านทานของตัวนำ ใน SI หน่วยความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำคือโอห์ม (โอห์ม) ส่วนหนึ่งของวงจรมีความต้านทาน 1 โอห์มซึ่งเกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้า 1 V กระแส 1 A ตัวนำที่ปฏิบัติตามกฎของโอห์มเรียกว่าเส้นตรง การพึ่งพาแบบกราฟิกของความแรงของกระแส I บนแรงดันไฟฟ้า U (กราฟดังกล่าวเรียกว่าลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟ ย่อว่า CVC) แสดงเป็นเส้นตรงที่ลากผ่านจุดกำเนิด ควรสังเกตว่ามีวัสดุและอุปกรณ์หลายอย่างที่ไม่เป็นไปตามกฎของโอห์ม เช่น ไดโอดสารกึ่งตัวนำหรือ ปล่อยโคมไฟ. แม้แต่สำหรับตัวนำโลหะที่กระแสสูงเพียงพอ ก็สังเกตเห็นความเบี่ยงเบนจากกฎเชิงเส้นของโอห์มตั้งแต่ ความต้านทานไฟฟ้าตัวนำโลหะจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น สำหรับส่วนวงจรที่มี EMF กฎของโอห์มเขียนในรูปแบบต่อไปนี้:

ตามกฎของโอห์ม เมื่อบวกทั้งสองเท่ากัน เราจะได้: ฉัน(R + r) = Δφ cd + Δφ ab + . แต่ Δφ cd = Δφ ba = – Δφ ab นั่นเป็นเหตุผลที่ สูตรนี้จะแสดงกฎของโอห์มสำหรับ ห่วงโซ่ที่สมบูรณ์: ความแรงของกระแสในวงจรที่สมบูรณ์เท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด หารด้วยผลรวมของความต้านทานของส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันและไม่เป็นเนื้อเดียวกันของวงจร ความต้านทาน r ของส่วนที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันในรูปที่ 4.8.2 ถือได้ว่าเป็นความต้านทานภายในของแหล่งจ่ายกระแสไฟ ในกรณีนี้ ส่วน (ab) ในรูปที่ 4.8.2 คือส่วนภายในของแหล่งที่มา หากจุด a และ b ปิดด้วยตัวนำที่มีความต้านทานน้อยเมื่อเทียบกับความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด (R<< r), тогда в цепи потечет ток короткого замыкания กระแสไฟลัดคือกระแสสูงสุดที่สามารถหาได้จากแหล่งที่กำหนดด้วยแรงเคลื่อนไฟฟ้าและความต้านทานภายใน r สำหรับแหล่งที่มีความต้านทานภายในต่ำ กระแสไฟลัดอาจมีขนาดใหญ่มากและทำให้วงจรไฟฟ้าหรือแหล่งกำเนิดถูกทำลาย ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่ใช้ในรถยนต์สามารถมีกระแสไฟฟ้าลัดวงจรได้หลายร้อยแอมแปร์ อันตรายอย่างยิ่งคือไฟฟ้าลัดวงจรในเครือข่ายแสงสว่างที่ขับเคลื่อนโดยสถานีย่อย (หลายพันแอมแปร์) ฟิวส์หรือเบรกเกอร์วงจรพิเศษจะรวมอยู่ในวงจรเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบที่เป็นอันตรายจากกระแสสูงดังกล่าว ในบางกรณี ความต้านทานบัลลาสต์ภายนอกบางส่วนจะเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดเพื่อป้องกันกระแสไฟลัดวงจรที่เป็นอันตราย จากนั้นความต้านทาน r เท่ากับผลรวมของความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดและความต้านทานบัลลาสต์ภายนอก หากวงจรภายนอกเปิดอยู่ Δφ ba \u003d - Δφ ab \u003d กล่าวคือ ความต่างศักย์ที่ขั้วของ แบตเตอรี่แบบเปิดมีค่าเท่ากับ EMF หากความต้านทานโหลดภายนอก R เปิดผ่านกระแสไฟแบตเตอรี่ I ด้วย ความต่างศักย์ที่ขั้วจะเท่ากับ Δφ ba = – Ir. ในรูป 4.8.3 คือการแสดงแผนผังของแหล่งจ่ายกระแสตรงที่มี EMF เท่ากันและความต้านทานภายใน r ในสามโหมด: "รอบเดินเบา" การทำงานกับโหลดและโหมดไฟฟ้าลัดวงจร (ไฟฟ้าลัดวงจร) ความแรงของสนามไฟฟ้าภายในแบตเตอรี่และแรงที่กระทำต่อประจุบวกจะแสดง: – แรงไฟฟ้าและ – แรงภายนอก ในโหมดลัดวงจร สนามไฟฟ้าภายในแบตเตอรี่จะหายไป ในการวัดแรงดันและกระแสในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงจะใช้อุปกรณ์พิเศษ - โวลต์มิเตอร์และแอมป์มิเตอร์ โวลต์มิเตอร์ออกแบบมาเพื่อวัดความต่างศักย์ที่นำไปใช้กับขั้ว มีการเชื่อมต่อแบบขนานกับส่วนของวงจรที่วัดความต่างศักย์ โวลต์มิเตอร์ใดๆ มีความต้านทานภายใน R B . เพื่อให้โวลต์มิเตอร์ไม่แนะนำการกระจายกระแสที่สังเกตได้เมื่อเชื่อมต่อกับวงจรที่วัดได้ ความต้านทานภายในของมันจะต้องมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับความต้านทานของส่วนของวงจรที่เชื่อมต่ออยู่ สำหรับวงจรที่แสดงในรูปที่ 4.8.4 เงื่อนไขนี้เขียนเป็น: อาร์ บี >> อาร์ 1 . เงื่อนไขนี้หมายความว่ากระแส I B \u003d Δφ cd / R B ที่ไหลผ่านโวลต์มิเตอร์นั้นน้อยกว่ากระแส I \u003d Δφ cd / R 1 ซึ่งไหลผ่านส่วนที่วัดได้ของวงจร เนื่องจากไม่มีแรงภายนอกกระทำการภายในโวลต์มิเตอร์ ความต่างศักย์ที่ขั้วของมันเกิดขึ้นพร้อมกันในนิยามของความเค้น ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าโวลต์มิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้า แอมมิเตอร์ถูกออกแบบมาเพื่อวัดความแรงของกระแสในวงจร แอมมิเตอร์เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับจุดขาดในวงจรไฟฟ้าเพื่อให้กระแสที่วัดได้ทั้งหมดไหลผ่าน แอมมิเตอร์ยังมีความต้านทานภายใน R A ความต้านทานภายในของแอมป์มิเตอร์ต้องน้อยพอเมื่อเทียบกับโวลต์มิเตอร์ เมื่อเทียบกับความต้านทานรวมของวงจรทั้งหมด สำหรับวงจรในรูป 4.8.4 ความต้านทานของแอมมิเตอร์ต้องเป็นไปตามเงื่อนไข ขนาดของความจุไฟฟ้าขึ้นอยู่กับรูปร่างและขนาดของตัวนำและคุณสมบัติของไดอิเล็กตริกที่แยกตัวนำ มีการกำหนดค่าของตัวนำดังกล่าวซึ่งสนามไฟฟ้ามีความเข้มข้น (แปลเป็นภาษาท้องถิ่น) เฉพาะในบางพื้นที่เท่านั้น ระบบดังกล่าวเรียกว่า ตัวเก็บประจุและตัวนำที่ประกอบเป็นตัวเก็บประจุเรียกว่า เผชิญหน้า. ตัวเก็บประจุที่ง่ายที่สุดคือระบบของแผ่นนำไฟฟ้าแบบแบนสองแผ่นที่วางขนานกันในระยะห่างเล็กน้อยเมื่อเทียบกับขนาดของแผ่นเปลือกโลกและคั่นด้วยชั้นอิเล็กทริก ตัวเก็บประจุดังกล่าวเรียกว่าแบน สนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแบบแบนส่วนใหญ่จะแปลเป็นภาษาท้องถิ่นระหว่างเพลต (รูปที่ 4.6.1) อย่างไรก็ตามใกล้ขอบของแผ่นเปลือกโลกและในพื้นที่โดยรอบสนามไฟฟ้าที่ค่อนข้างอ่อนก็เกิดขึ้นเช่นกันซึ่งเรียกว่า สนามกระจัดกระจายในปัญหาจำนวนหนึ่ง เราสามารถละเลยสนามเร่ร่อนได้ประมาณ และถือว่าสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแบบแบนนั้นกระจุกตัวอยู่ระหว่างแผ่นเปลือกโลกทั้งหมด (รูปที่ 4.6.2) แต่ในปัญหาอื่นๆ การละเลยสนามเร่ร่อนอาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดอย่างร้ายแรง เนื่องจากในกรณีนี้ธรรมชาติที่อาจเกิดขึ้นของสนามไฟฟ้าถูกละเมิด (ดู § 4.4) เพลตที่มีประจุของตัวเก็บประจุแบบแบนแต่ละแผ่นจะสร้างสนามไฟฟ้าใกล้พื้นผิว ซึ่งโมดูลัสความแรงจะแสดงโดยความสัมพันธ์ (ดู § 4.3) ภายในตัวเก็บประจุแบบเวกเตอร์และขนานกัน ดังนั้นโมดูลัสของความแรงของสนามทั้งหมดจึงเท่ากับ ดังนั้นความจุของตัวเก็บประจุแบบแบนจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ของเพลต (เพลต) และแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างพวกมัน หากช่องว่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกเต็มไปด้วยไดอิเล็กตริก ความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้น ε เท่า: ตัวเก็บประจุสามารถเชื่อมต่อถึงกันเพื่อสร้างธนาคารตัวเก็บประจุ ที่ การเชื่อมต่อแบบขนานตัวเก็บประจุ (รูปที่ 4.6.3) แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุเหมือนกัน: U1 \u003d U2 \u003d U และประจุคือ q1 \u003d C1U และ q2 \u003d C2U ระบบดังกล่าวถือได้ว่าเป็นตัวเก็บประจุความจุไฟฟ้า C ตัวเดียว ประจุด้วยประจุ q = q1 + q2 ที่แรงดันระหว่างเพลตเท่ากับ U ต่อจากนี้ ในหลายกรณี เพื่อให้ได้ความจุไฟฟ้าที่ต้องการ ตัวเก็บประจุมา สามารถรวมกันเป็นกลุ่มที่เรียกว่าแบตเตอรี การเชื่อมต่อของตัวเก็บประจุดังกล่าวเรียกว่า sequential ซึ่งแผ่นประจุลบของตัวเก็บประจุก่อนหน้าจะเชื่อมต่อกับแผ่นที่มีประจุบวกของแผ่นถัดไป (รูปที่. 15.31) เมื่อเชื่อมต่อเป็นอนุกรม แผ่นตัวเก็บประจุทั้งหมดจะมีประจุเท่ากัน (อธิบายว่าทำไม) เนื่องจากประจุบนตัวเก็บประจุอยู่ในสภาวะสมดุล ศักยภาพของเพลตที่เชื่อมต่อด้วยตัวนำจะเท่ากัน จากสถานการณ์เหล่านี้ เราได้สูตรการคำนวณความจุไฟฟ้าของแบตเตอรี่ของตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม จากรูป 15.31 จะเห็นได้ว่าแรงดันไฟของแบตเตอรี่เท่ากับผลรวมของแรงดันไฟบนตัวเก็บประจุที่ต่อเป็นอนุกรม จริงๆ, โดยใช้อัตราส่วนที่เราได้รับ หลังจากลดแล้วเราจะมี จาก (15.21) จะเห็นได้ว่าเมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรม ความจุไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะน้อยกว่าความจุไฟฟ้าที่เล็กที่สุดของตัวเก็บประจุแต่ละตัว การเชื่อมต่อของตัวเก็บประจุเรียกว่าขนานซึ่งแผ่นที่มีประจุบวกทั้งหมดเชื่อมต่อกับสายหนึ่งและมีประจุลบกับอีกเส้นหนึ่ง (รูปที่ 15.32) ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุทั้งหมดจะเท่ากันและเท่ากัน และประจุของแบตเตอรี่จะเท่ากับผลรวมของประจุของตัวเก็บประจุแต่ละตัว: หลังจากลดค่าสำหรับ เราจะได้สูตรสำหรับ การคำนวณความจุไฟฟ้าของแบตเตอรี่ของตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบขนาน: จาก (15.22) จะเห็นได้ว่าเมื่อเชื่อมต่อแบบขนานความจุไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะมากกว่าความจุไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดของตัวเก็บประจุแต่ละตัว ในการผลิตตัวเก็บประจุที่มีความจุไฟฟ้าขนาดใหญ่จะใช้การเชื่อมต่อแบบขนานดังแสดงในรูปที่ 15.33. วิธีการเชื่อมต่อนี้ช่วยประหยัดวัสดุ เนื่องจากประจุจะอยู่ที่ทั้งสองด้านของแผ่นตัวเก็บประจุ (ยกเว้นแผ่นสุดขั้วสองแผ่น) ในรูป 15.33 เชื่อมต่อตัวเก็บประจุ 6 ตัวแบบขนานและสร้างแผ่น 7 แผ่น ดังนั้นในกรณีนี้ตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบขนานจึงน้อยกว่าจำนวนแผ่นโลหะในธนาคารตัวเก็บประจุเช่น