Вызначэнне ёмістасці кандэнсатараў
Маленькая шклянка можа змясціць трохі вады, а вялікая — больш. Чым большы аб'ём шкла, тым больш вады яно можа змясціць. Такім чынам, кожная шклянка мае ёмістасць або памер, які дазваляе ёй змясціць ваду. Як і шкло, кандэнсатары таксама могуць захоўваць электрычныя зарады і электрычную патэнцыяльную энергію. Ёмістасць кандэнсатара для захоўвання электрычнага зарада і электрычнай патэнцыяльнай энергіі называецца ёмістасцю.
Фактары, якія ўплываюць на ёмістасць
Здольнасць шклянкі ўтрымліваць ваду вызначаецца аб'ёмам шклянкі. А што наконт кандэнсатараў? Што вызначае здольнасць кандэнсатара захоўваць электрычны зарад?
На малюнку збоку паказаны просты кандэнсатар, які складаецца з двухправадных абкладак, размешчаных на пэўнай адлегласці адна ад адной. Перад падключэннем да крыніцы напружання, напрыклад, да акумулятара, абедзве абкладкі не зараджаюцца электрычна. Затым адна з абкладак падключаецца да станоўчага полюса акумулятара, а другая — да адмоўнага з дапамогай кабеля.
Пасля падлучэння да станоўчага полюса батарэі, станоўчы зарад на батарэі прыцягвае адмоўна зараджаныя электроны да пласціны, так што электроны рухаюцца да станоўчага полюса батарэі. Гэта прыводзіць да таго, што на пласцінах не хапае электронаў (адмоўны зарад) і з'яўляецца лішак пратонаў (станоўчы зарад), таму пласціны становяцца станоўча зараджанымі.
Пасля падключэння да адмоўнага полюса батарэі, станоўчы зарад на пласціне прыцягвае адмоўна зараджаныя электроны на адмоўным полюсе батарэі, так што электроны рухаюцца да пласціны. Гэта прыводзіць да перагрузкі электронаў на пласціне, у выніку чаго яна зараджаецца адмоўна. Працэс перамяшчэння электронаў паміж пласцінамі і батарэямі спыняецца пасля таго, як рознасць патэнцыялаў паміж двума пласцінамі стане роўнай рознасці патэнцыялаў паміж двума полюсамі батарэі.
Як павялічыць электрычны зарад на абедзвюх правадных пласцінах? Іншымі словамі, што трэба зрабіць, каб перанесці электроны да дадатнага полюса батарэі і ад яго? Зрушэнне электронаў адбываецца толькі тады, калі рознасць электрычных патэнцыялаў паміж двума полюсамі батарэі большая за рознасць электрычных патэнцыялаў паміж двума праваднікамі. Каб электрон зноў рухаўся, каб электрычны зарад на кожнай правадной пласціне павялічыўся, выкарыстоўваная батарэя замяняецца іншай крыніцай напружання з большай рознасцю электрычных патэнцыялаў. Зрушэнне электронаў спыняецца, калі рознасць патэнцыялаў у крыніцы напружання роўная рознасці патэнцыялаў кандэнсатара. Такім чынам, калі рознасць патэнцыялаў у крыніцы напружання большая за , рознасць патэнцыялаў кандэнсатара таксама большая.
Зыходзячы з вышэйсказанага, можна зрабіць выснову, што чым большы электрычны зарад, які захоўваецца ў кожнай правадной пласціне, тым большая рознасць электрычных патэнцыялаў паміж двума праваднымі пласцінамі. Такім чынам, электрычны зарад (Q) прапарцыйны рознасці электрычных патэнцыялаў (V). Суадносіны паміж электрычным зарадам і рознасцю электрычных патэнцыялаў паказана ў наступным параўнанні:
QαV
Прыведзеныя вышэй параўнанні пераўтвараюцца ў раўнанні шляхам дадання канстанты C:
Q = CV або C = Q / V
Q = электрычны зарад (кулон), V = рознасць электрычных патэнцыялаў або напружанне (вольт), C = пастаянная, якая называецца ёмістасцю кандэнсатара.
Значэнне ёмістасці не залежыць ад электрычнага зарада і электрычнага напружання, а залежыць ад формы і памеру правадной пласціны. Матэматычны доказ таго, што ёмістасць залежыць ад формы і памеру правадной пласціны, тлумачыцца ў тэме пра кандэнсатар з паралельнымі пласцінамі. У тэме мяркуецца, што паміж двума праваднікамі існуе вакуум.
Ёмістасць кандэнсатара таксама залежыць ад характару матэрыялу, які знаходзіцца паміж двума праваднікавымі абкладкамі. Матэрыял, які знаходзіцца паміж двума праваднікавымі абкладкамі, называецца дыэлектрыкам. Ёмістасць кандэнсатараў, якія маюць дыэлектрыкі, падрабязна абмяркоўваецца ў тэме дыэлектрычных пастаянных.
Адзінка вымярэння ёмістасці
Адзінкай вымярэння электрычнага зарада з'яўляецца кулон, а адзінкай рознасці электрычных патэнцыялаў — вольт, таму гэта заснавана на прыведзеным вышэй ураўненні ёмістасці. Адзінкай вымярэння ёмістасці з'яўляецца кулон на вольт (Кл/В), таксама званы фарадам (Ф), што паходзіць ад імя брытанскага вучонага Майкла Фарадэя (1791-1867). Такім чынам, 1 фарад = 1 кулон/вольт.
Дапусцім, што кандэнсатар з ёмістасцю 2 Фарад азначае, што ён назапашвае электрычны зарад +2 кулоны на адной з абалонак правадніка і -2 кулоны на другой. Пры гэтым рознасць патэнцыялаў паміж двума абалонкамі правадніка складае 1 вольт. Калі да кандэнсатара падключана батарэя напружаннем 12 вольт, адна з зараджаных абалонак правадніка мае зарад Q = CV = (2) (12 вольт) = +24 кулон, а другая — -24 кулон.
Звярніце ўвагу, што фарад — гэта велізарная адзінка вымярэння ёмістасці, таму звычайна выкарыстоўваецца меншая адзінка, а менавіта мікрафарад, скарочана мкФ (10⁻⁶ Фарад ) , або пікафарад, скарочана пФ (10⁻¹² Фарад ). Матэматычныя разлікі, якія паказваюць, што фарад — гэта гіганцкая адзінка вымярэння, абмяркоўваюцца ў тэме пра пласціністы кандэнсатар.
