Когда конденсаторы соединены последовательно, это означает, что они подключены один за другим вдоль одного пути в цепи. Ключевые моменты здесь:
Одинаковый заряд (Q): Все конденсаторы в последовательной цепи имеют одинаковый заряд Q. Это обусловлено тем, что заряд, покидающий одну обкладку конденсатора, не может "исчезнуть" — он должен переместиться на следующую обкладку.
Разное напряжение (V): Напряжение на каждом конденсаторе может быть разным. Общее напряжение V всей цепи распределяется между конденсаторами.
2. Формула ёмкости
Напомним, что ёмкость конденсатора C определяется как:
C = Q / V, где:
C – ёмкость (в фарадах)
Q – заряд (в кулонах)
V – напряжение (в вольтах)
Из этой формулы можно выразить напряжение:
V = Q / C
3. Вывод формулы
Предположим, у нас есть n конденсаторов, соединённых последовательно, с ёмкостями C₁, C₂, …, Cₙ. Напряжения на каждом конденсаторе будут соответственно V₁, V₂, …, Vₙ. Общее напряжение V на всей цепи равно сумме напряжений на каждом конденсаторе:
V = V₁ + V₂ + … + Vₙ
Подставим выражение для напряжения через заряд и ёмкость:
Q / Cₑ = Q / C₁ + Q / C₂ + … + Q / Cₙ
Где Cₑ – эквивалентная ёмкость всей последовательной цепи (то есть, ёмкость одного конденсатора, который заменил бы все эти последовательно соединённые).
Поскольку заряд Q одинаков для всех конденсаторов, мы можем разделить обе части уравнения на Q:
1 / Cₑ = 1 / C₁ + 1 / C₂ + … + 1 / Cₙ
4. Итоговая формула
Таким образом, формула для эквивалентной ёмкости Cₑ последовательно соединённых конденсаторов:
1 / Cₑ = Σ(1 / Cᵢ), где суммирование происходит по всем конденсаторам в цепи.
Или, в развёрнутом виде:
1 / Cₑ = 1 / C₁ + 1 / C₂ + … + 1 / Cₙ
Для двух конденсаторов формула упрощается: *Cₑ = (C₁ * C₂) / (C₁ + C₂)*
Важно: Эквивалентная ёмкость последовательно соединённых конденсаторов всегда меньше, чем наименьшая из ёмкостей отдельных конденсаторов.