Разбиране на капацитета
Малка чаша може да побере малко количество питейна вода, докато голяма чаша може да побере повече. Колкото по-голяма е чашата, толкова повече вода може да побере. Така че всяка чаша има капацитет или мярка за способността си да задържа вода. Подобно на чашите, кондензаторите също имат капацитета да съхраняват електрически заряд и електрическа потенциална енергия. Капацитетът на кондензатор или мярката за способността му да съхранява електрически заряд и електрическа потенциална енергия се нарича капацитет.
Фактори, влияещи върху капацитета
Размерът на капацитета на чашата да задържа вода се определя от нейния обем. Ами кондензаторите? Какво определя размера на капацитета на кондензатора да съхранява електрически заряд?
Фигурата по-долу показва прост кондензатор, състоящ се от две проводящи пластини, разположени на определено разстояние една от друга. Преди да бъдат свързани към източник на напрежение, като например батерия, и двете пластини се разреждат. След това едната пластина се свързва към положителния извод на батерията, а другата към отрицателния извод, използвайки проводници.
След като бъде свързан към положителния извод на батерията, положителният заряд в батерията привлича отрицателно заредените електрони на плочата, карайки ги да се преместят към положителния извод на батерията. Това води до недостиг на електрони (отрицателен заряд) и излишък на протони (положителен заряд) в плочата, което води до положителен заряд.
По подобен начин, след свързване на плочата към отрицателния извод на батерията, положителният заряд върху плочата привлича отрицателно заредените електрони от отрицателния извод на батерията, карайки електроните да се преместят към плочата. Това води до излишък от електрони в плочата, което я прави отрицателно заредена.
Процесът на пренос на електрони между плочите и батерията спира, след като потенциалната разлика между двете плочи стане равна на потенциалната разлика между двата полюса на батерията.
Как може електрическият заряд и на двете проводящи пластини да се увеличи? С други думи, какво трябва да се направи, за да се предизвика отново пренос на електрони? Преносът на електрони се случва само когато електрическата потенциална разлика между двата полюса на батерията е по-голяма от електрическата потенциална разлика между двете проводящи пластини. За да се случи отново преносът на електрони, така че електрическият заряд на всяка проводяща пластина да се увеличи, използваната батерия се заменя с друга батерия или друг източник на напрежение, който има по-голяма електрическа потенциална разлика. Преносът на електрони спира, когато потенциалната разлика на източника на напрежение е равна на потенциалната разлика на кондензатора, следователно, ако потенциалната разлика на източника на напрежение е по-голяма, потенциалната разлика на кондензатора също е по-голяма.
Въз основа на горния преглед може да се заключи, че колкото по-голям е електрическият заряд, съхранен върху всяка проводяща пластина, толкова по-голяма е електрическата потенциална разлика между двете проводящи пластини. Следователно, електрическият заряд (Q) е пропорционален на електрическата потенциална разлика (V). Връзката между електрическия заряд и електрическата потенциална разлика се изразява в следната пропорционалност:
QαV
Горната пропорционалност се преобразува в уравнение чрез добавяне на константата на пропорционалност C:
Q = CV или C = Q / V
Описание: Q = електрически заряд (кулон), V = разлика в електрическия потенциал или електрическо напрежение (волт), C = константа на пропорционалност, която се нарича капацитет на кондензатора.
Стойността на капацитета не зависи от електрическия заряд и напрежението, а зависи от формата и размера на проводящата пластина. Математическо доказателство, че капацитетът зависи от формата и размера на проводящата пластина, е обяснено в статията за видовете кондензатори въз основа на формата на проводящата пластина, а именно кондензатор с паралелни пластини, цилиндричен кондензатор дан сферичен кондензаторВ тази статия се приема, че между двете проводящи части има вакуум.
Капацитетът на кондензатора зависи и от свойствата на материала между двете проводящи пластини. Материалът между двете проводящи пластини се нарича диелектрикКапацитетът на кондензатор с диелектрик е разгледан подробно в статията за диелектрична константа.
Единица за капацитет
Единицата за електрически заряд е кулон, а единицата за електрическа потенциална разлика е волт, така че въз основа на горното уравнение за капацитет, единицата за капацитет е кулон на волт (C/V), наричан още фарад (F), което произлиза от името на британския учен Майкъл Фарадей (1791-1867). Така 1 фарад = 1 кулон/волт.
Например, един кондензатор има стойност 2 фарада, което означава, че кондензаторът съхранява електрически заряд от +2 кулона на едната от проводящите пластини и -2 кулона на другата проводяща пластина, където двете проводящи пластини имат потенциална разлика от 1 волт. Ако към кондензатора е свързана 12-волтова батерия, едната от проводящите пластини ще има електрически заряд Q = CV = (2)(12 волта) = +24 кулона, докато другата проводяща пластина ще има заряд от -24 кулона.
Трябва да се отбележи, че Фарад е много голяма единица за капацитет, така че обикновено се използва по-малка единица, а именно микрофарад, съкратено μF (10-6 Фарад) до пикоФарад, съкратено pF (10-12 Фарад). Математически изчисления, показващи, че Фарадът е много голяма единица, са разгледани в пример за въпроси относно кондензатор с паралелни пластини.
