Розрізняють електроємність відокремленого провідника та електроємність системи провідників (наприклад, конденсатора). Відокремленим називають провідник, розташований на віддалі від інших тіл так, що вони не здійснюють на цей провідник жодного впливу.

Електроємність відокремленого провідника (C) — фізична величина, яка характеризує здатність провідника накопичувати заряд і дорівнює відношенню електричного заряду q відокремленого провідника до його потенціалу ϕ:

Одиниця електроємності в Сі — фарад: [C] = 1 Ф (названа на честь М. Фарадея). 1 Ф — це електроємність такого провідника, потенціал якого дорівнює 1 В, коли йому надають заряд 1 Кл; 1Ф=1Кл /1В.

Оскільки 1 Ф — дуже велика одиниця ємності, зазвичай застосовують частинні одиниці: 1пФ = 10⁻¹² Ф; 1нФ = 10⁻⁹ Ф; 1мкФ = 10⁻⁶ Ф.

Що таке конденсатор

Пристрій, що являє собою систему з двох провідних обкладок, розділених шаром діелектрика, товщина якого є малою порівняно з розмірами обкладок, називають конденсатором (рис. 44.1).

Обкладкам конденсатора передають однакові за модулем, але протилежні за знаком заряди, що сприяє накопиченню зарядів: різнойменні заряди притягуються, а отже, розташовуються на внутрішніх поверхнях обкладок.

Зазвичай для зарядження конденсатора обидві його обкладки з’єднують із полюсами батареї акумуляторів: на обкладках з’являються рівні за модулем, але протилежні за знаком заряди. Результат не зміниться, якщо з’єднати з полюсом батареї тільки одну обкладку, заземливши другу: внаслідок електростатичної індукції на заземленій обкладці також з’явиться заряд, який дорівнюватиме за модулем заряду на іншій обкладці, але маиме протилежний знак.

Зарядом конденсатора називають модуль заряду однієї з його обкладок. Відношення заряду q даного конденсатора до різниці потенціалів (ϕ₁−ϕ₂) між його обкладками не залежить ані від q, ані від (ϕ₁−ϕ₂), а отже, може слугувати характеристикою конденсатора. Таку характеристику називають електроємністю конденсатора. Електроємність конденсатора визначається за формулами

Як показують дослідження, ємність конденсатора збільшиться, якщо збільшити площу поверхні обкладок або наблизити обкладки одну до одної. На ємність конденсатора впливає також діелектрик: чим більша його діелектрична проникність, тим більшу ємність має конденсатор порівняно з ємністю такого самого конденсатора, діелектриком у якому слугує повітря.

Конденсатор, який складається з двох паралельних металевих пластин (обкладок), розділених шаром діелектрика, називають плоским (див. рис. 44.1). Електроємність плоского конденсатора обчислюють за формулою:

Поле між пластинами плоского конденсатора є однорідним, тому зв’язок між напруженістю Е поля між пластинами і напругою U на пластинах конденсатора подається як U= Ed.

Як розраховують електроємність батареї конденсаторів

Кожен конденсатор характеризується ємністю і максимальною робочою напругою U_max. Якщо напруга на конденсаторі значно перевищує U_max, то відбувається пробій — між обкладками конденсатора виникає іскра, яка руйнує ізоляцію. Щоб одержати необхідну електроємність за певної робочої напруги, конденсатори з’єднують між собою в батареї, застосовуючи при цьому паралельне, послідовне і змішане з’єднання.

Для простоти сприйняття розглядатимемо батарею, яка складається з трьох конденсаторів електроємностями С₁, С₂, С₃ відповідно.

У разі паралельного з’єднання конденсаторів позитивно заряджені обкладки всіх конденсаторів з’єднують в один вузол, а негативно заряджені — в інший вузол (рис. 44.2).

У такому випадку загальний заряд q батареї конденсаторів дорівнює алгебраїчній сумі зарядів окремих конденсаторів: q=q₁+q₂+q₃, де q₁, q₂, q₃ — заряд першого, другого і третього конденсаторів відповідно.

З’єднані в один вузол обкладки являють собою один провідник, тому потенціали обкладок і різниця потенціалів (напруга) між обкладками всіх конденсаторів однакові: U=U₁=U₂=U₃ .

Отже, у випадку паралельного з’єднання конденсаторів допустима робоча напруга батареї визначається робочою напругою одного конденсатора. Оскільки q=CU, q₁ =C₁U, q₂ =C₂U, q₃ =C₃U, то CU = C₁U+C₂U + C₃U, отже, загальна електроємність батареї, яка складається з трьох паралельно з’єднаних конденсаторів, становить: C = C₁+C₂ +C₃ .

У разі послідовного з’єднання конденсатори з’єднують між собою різнойменно зарядженими обкладками (рис. 44.3). У цьому випадку заряди всіх конденсаторів будуть однаковими та дорівнюватимуть заряду батареї: q =q₁ = q₂ =q₃.