Определение на капацитета на кондензаторите
Малка чаша може да съдържа малко вода, докато голяма чаша може да съдържа повече вода. Колкото по-голям е обемът на стъклото, толкова повече вода може да се съдържа. Така че, всяка чаша има капацитет или размер, съответстващ на способността ѝ да съдържа вода. Подобно на стъклото, кондензаторите също могат да съхраняват електрически заряди и електрическа потенциална енергия. Капацитетът на кондензатора за съхраняване на електрически заряд и електрическа потенциална енергия се нарича капацитет.
Фактори, влияещи върху капацитета
Размерът на способността на стъклото да задържа вода се определя от обема на стъклото. А какво е положението с кондензаторите? Какво определя размера на способността на кондензатора да съхранява електрически заряд?
Фигурата отстрани показва прост кондензатор, състоящ се от двупроводникови пластини, разделени от определено разстояние една от друга. Преди свързване към източник на напрежение, като например батерия, двете пластини не са електрически заредени. След това едната от пластините се свързва към положителния полюс на батерията, а другата пластина се свързва към отрицателния полюс на батерията с помощта на кабел.
След свързване към положителния полюс на батерията, положителният заряд на батерията привлича отрицателно заредени електрони върху плочата, така че електроните да се преместят към положителния полюс на батерията. Това води до липса на електрони (отрицателен заряд) и излишък на протони (положителен заряд) в плочите, така че плочите да се заредят положително.
След като бъде свързан към отрицателния полюс на батерията, положителният заряд на плочата привлича отрицателно заредени електрони от отрицателния полюс на батерията, така че електроните се преместват към плочата. Това кара плочата да претовари електроните, така че плочата да се зареди отрицателно. Процесът на движение на електрони между плочите и батериите спира, след като потенциалната разлика между двете плочи стане равна на потенциалната разлика между двата полюса на батерията.
Как се увеличава електрическият заряд и на двете проводящи пластини? С други думи, какво трябва да се направи, за да се прехвърлят електрони към и от положителния полюс на батерията? Изместване на електроните се случва само когато електрическата потенциална разлика между двата полюса на батерията е по-голяма от електрическата потенциална разлика между двата проводника. За да може електронът да се премести отново, така че електрическият заряд във всяка проводяща пластина да се увеличи, използваната батерия се заменя с друг източник на напрежение, който има по-голяма електрическа потенциална разлика. Изместването на електроните спира, когато потенциалната разлика в източника на напрежение е равна на потенциалната разлика на кондензатора. Следователно, ако потенциалната разлика в източника на напрежение е по-голяма от , 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 във 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 е показана в следното сравнение:
QαV
Горните сравнения се преобразуват в уравнения чрез добавяне на константата C:
Q = CV или C = Q / V
Q = електрически заряд (кулон), V = електрическа потенциална разлика или напрежение (волт), C = константа, която се нарича капацитет на кондензатора.
Стойността на капацитета не зависи от електрическия заряд и електрическото напрежение, а зависи от формата и размера на проводящата пластина. Математическо доказателство, че капацитетът зависи от формата и размера на проводящата пластина, е обяснено в темата за кондензатора с паралелни пластини. В темата се приема, че между двата проводника има вакуум.
Капацитетът на кондензатора зависи и от естеството на материала, който се намира между двете проводящи пластини. Материалът, който се намира между двете проводящи пластини, се нарича диелектрик. Капацитетът на кондензатори, които имат диелектрици, е разгледан подробно в темата за диелектричните константи.
Единица за капацитет
Единицата за електрически заряд е кулон, а единицата за електрическа потенциална разлика е волт, така че това се основава на уравнението за капацитет по-горе. Единицата за капацитет е кулон на волт (C/V), наричана още фарад (F), което произлиза от името на британския учен Майкъл Фарадей (1791-1867). Така че, 1 фарад = 1 кулон/волт.
Да приемем, че кондензатор със стойност 2 Фарада означава, че той съхранява електрически заряд от +2 кулона на едната от проводящите пластини и -2 кулона на другата. При това двете проводящи пластини имат потенциална разлика от 1 волт. Ако 12-волтова батерия е свързана към кондензатора, едната от електрически заредените проводящи пластини е Q = CV = (2) (12 волта) = +24 кулона, докато другата проводяща пластина е -24 кулона.
Моля, обърнете внимание, че Фарад е огромна единица за капацитет, така че обикновено се използва като по-малка единица, а именно микрофарад, съкратено μF (10⁻⁶ Фарад ) , или пикофарад, съкратено pF (10⁻¹² Фарад ). Математически изчисления, показващи, че Фарад е гигантска единица, са обсъдени в темата за кондензатора с паралелни пластини.
