Электричество шаг за шагом

Т-111. Конденсатор запасает энергию в своём электрическом поле. Натирая в первых электрических опытах пластмассовую палочку, мы фактически тратили силы на то, чтобы создать запас энергии в её электрическом поле. Потом поле малыми порциями возвращало свои небольшие запасы, поднимая клочки бумаги. Практически любой предмет можно наэлектризовать и тем самым создать у него электрическое поле с каким-то запасом энергии. Но есть и специально предназначенное для этого устройство, которое как бы концентрирует, сгущает поле, и называется оно поэтому «конденсатор», от латинского слова «конденс» — «сгущать».

Если расположить одну над другой две металлические пластины и на короткое время подключить их к батарейке, то на пластины с электродов батареи перейдёт какое-то количество избыточных зарядов, и они будут оставаться там довольно долго. Такой пластинчатый накопитель зарядов как раз и называют конденсатором, на схемах его обозначают буковой С, поскольку это первая буква английского слова «капэситор» (capacitor) — «накопитель». Металлические пластины конденсатора называют его обкладками.

То, что заряды не уходят с пластин заряженного конденсатора, можно упрощённо объяснить так. Электрическое поле между обкладками воздействует на атомы диэлектрика, и они несколько деформируются, поляризуются, как в наших давних опытах поляризовались атомы в кусочках бумаги под действием поля наэлектризованной палочки (Р-18). Своими зарядами поляризованный диэлектрик удерживает свободные заряды на пластинах, не даёт им уйти. В электрическом поле между пластинами, а также в поляризованных атомах диэлектрика, напоминающих сжатые пружины, запасается энергия, которая была затрачена батареей на то, чтобы зарядить конденсатор, втолкнуть избыточные заряды на его обкладки.

Конденсатор можно разрядить, для этого достаточно соединить его обкладки резистором. Через него, естественно, пойдёт разрядный ток, и электроны уйдут с обкладки, где они в избытке (-), на ту обкладку, где их не хватает (+). И при этом обнаружится чрезвычайно интересное явление, которому посвящён специальный раздел Т-113. Но прежде чем двинуться дальше, придётся сообщить некоторую не очень приятную подробность о хранении энергии в конденсаторе. Он, конечно, мог бы хранить её бесконечно долго, но практически этого не бывает. Даже если не соединять обкладки, не создавать умышленно разрядный ток, происходит медленный, а иногда и быстрый саморазряд конденсатора, заряды постепенно уходят с его пластин. Например, через воздух, где всегда есть какое-то количество свободных зарядов, или через собственный диэлектрик, который тоже не бывает идеальным.

ВК-131. Среди бессчётного множества процессов, которые происходят в мире, есть довольно большая группа, названная «свободные колебания». Их основа — физические, химические, биологические, социальные и иные колебательные системы. Каждая — это пара особым образом связанных накопителей какого-либо ресурса, например энергии. Они непрерывно обмениваются энергией, которую получила система, и в процессе этих свободных колебаний энергия собирается то в одном накопителе, то в другом.

ВК-132.Типичная колебательная система контур из L_к, С_к и условного R_к, отображающего неизбежные потери. Получив энергию при зарядке, конденсатор передаёт её катушке, она возвращает энергию обратно, и всё начинается сначала. Частота f₀ этого обмена зависит от L_к, С_к, и уменьшив их, можно увеличить f₀. А если удастся снизить потери (уменьшить R_к), то колебания будут затухать медленнее и продлятся дольше. В принципе то же самое происходит в других колебательных системах.