Н. — А какой единицей пользуются для измерения емкости?

Л. — Единица измерения емкости называется фарадой. Однако фарада — это очень большая емкость. Поэтому на практике обычно пользуются долями этой единицы, чаще всего миллионной долей, именуемой микрофарадой, миллионными долями микрофарады — пикофарадами. Фарада обозначается буквой Ф, а ее названные доли соответственно мкФ и пФ.

Н. — Какой емкостью в этих условиях обладает сферический проводник размером с яблоко?

Л. — Совершенно ничтожной. Вообрази себе сферический проводник размерами с земной шар — его емкость была бы всего лишь 700 мкФ (рис. 23).

Рис. 23. Собственная емкость сферического проводника размером с земной шар составляет 700 мкФ.

Рождение конденсатора

Н. — Я констатирую для себя, что емкость нечто столь ничтожное, что она не должна играть важной роли в электронике.

Л. — Мой друг, ты ошибаешься, так как существует вполне доступный способ увеличить емкость или, чтобы быть более точным, сконденсировать ее.

Н. — Я не вижу, как достичь этой цели без увеличения размеров проводника.

Л. — Очень просто, достаточно приблизить к нему, но без касания, другой проводник с зарядом противоположной полярности. Что происходит в этом случае? Противоположные заряды испытывают взаимное притяжение, в результате чего величина заряда возрастает.

Н. — Совсем неглупо! Но как поступают на практике для достижения этой цели?

Л. — Два проводника, расположенные близко друг к другу, образуют устройство, известное под названием конденсатора, каждый из проводников называется обкладкой. Представь себе, например, две квадратные медные пластины, расположенные одна параллельно другой на небольшом расстоянии. А теперь подключим каждую из этих обкладок к полюсам батарей. Что же здесь произойдет?

Н. — Я думаю, электроны с отрицательного полюса устремятся к подключенной к нему обкладке и зарядят ее отрицательно (рис. 24).

Рис. 24. При подключении конденсатора к гальваническому элементу соединенная с отрицательным полюсом обкладка заряжается электронами, а другая лишается электронов.

И этот заряд оттолкнет электроны с расположенной напротив обкладки и направит их в сторону положительного полюса батареи, который их как раз и притянет. Любопытное явление! Протекает настоящий ток, как если бы между полюсами батареи был включен проводник, а ведь на самом-то деле конденсатор изолирует один проводник от другого.

Заряд и разряд

Л. — Зарядный ток, который ты так хорошо описал, останавливается, как только конденсатор зарядится. Вначале этот ток имеет большую величину. Но по мере нарастания заряда движение электронов затрудняется, так как обосновавшиеся на отрицательной обкладке электроны отталкивают те, которые хотят туда проникнуть. А электронов, покидающих положительную обкладку, становится все меньше.

Н. — А что произойдет, если после того, как конденсатор полностью зарядится, мы отключим батарею?

Л. — Очень просто, заряд останется на обкладках. При желании ты можешь разрядить конденсатор, подключив к его обкладкам резистор или простой проводник (рис. 25). Тогда избыточные электроны с одной из обкладок перейдут на другую; это движение электронов будет продолжаться до тех пор, пока не установится равновесие.

Рис. 25. Конденсатор, разряжающийся через резистор.

Н. — У меня возникает вопрос, нельзя ли сравнить конденсатор с двумя резервуарами, разделенными эластичной резиновой мембраной? Если насос повышает давление воздуха в одном из резервуаров и снижает в другом, то это соответствует заряду конденсатора. Насос останавливается, когда разница давлений достигает некоторого предела, который зависит от размера резервуаров и эластичности мембраны. Теперь наш конденсатор заряжен. Насколько обоснованно такое мое сравнение?