Razumijevanje kapacitivnosti
Mala čaša može držati malu količinu vode, dok velika čaša može držati više. Što je čaša veća, to može držati više vode. Dakle, svaka čaša ima kapacitet, ili mjeru svog kapaciteta zadržavanja vode. Poput čaša, kondenzatori također imaju sposobnost pohranjivanja električnog naboja i električne potencijalne energije. Kapacitet kondenzatora, ili mjera njegove sposobnosti pohranjivanja električnog naboja i električne potencijalne energije, naziva se kapacitet.
Faktori koji utiču na kapacitet
Veličinu kapaciteta čaše da zadrži vodu određuje njena zapremina. Šta je sa kondenzatorima? Šta određuje veličinu kapaciteta kondenzatora da pohrani električni naboj?
Donja slika prikazuje jednostavan kondenzator koji se sastoji od dvije provodne ploče razdvojene određenom udaljenošću. Prije spajanja na izvor napona, kao što je baterija, obje ploče su prazne. Zatim se jedna ploča spaja na pozitivni pol baterije, a druga na negativni pol pomoću žica.
Nakon što se spoji na pozitivni pol baterije, pozitivno naelektrisanje u bateriji privlači negativno naelektrisane elektrone na ploči, uzrokujući njihovo kretanje prema pozitivnom polu baterije. To uzrokuje da ploča ima manjak elektrona (negativno naelektrisanje) i višak protona (pozitivno naelektrisanje), što rezultira pozitivnim naelektrisanjem.
Slično tome, nakon spajanja ploče na negativni pol baterije, pozitivno naelektrisanje na ploči privlači negativno naelektrisane elektrone na negativnom polu baterije, uzrokujući da se elektroni pomjere prema ploči. To uzrokuje da ploča ima višak elektrona, što je čini negativno naelektrisanom.
Proces prijenosa elektrona između ploča i baterije završava nakon što je potencijalna razlika između dvije ploče jednaka potencijalnoj razlici između dva pola baterije.
Kako se električni naboj na obje provodne ploče može povećati? Drugim riječima, šta se mora učiniti da bi se ponovo izazvao prijenos elektrona? Prijenos elektrona se događa samo kada je razlika električnog potencijala između dva pola baterije veća od razlike električnog potencijala između dvije provodne ploče. Da bi se prijenos elektrona ponovo dogodio tako da se električni naboj na svakoj provodnoj ploči poveća, korištena baterija se zamjenjuje drugom baterijom ili drugim izvorom napona koji ima veću razliku električnog potencijala. Prijenos elektrona prestaje kada je razlika potencijala izvora napona jednaka razlici potencijala kondenzatora, stoga, ako je razlika potencijala izvora napona veća, veća je i razlika potencijala kondenzatora.
Na osnovu gore navedenog pregleda, može se zaključiti da što je veći električni naboj pohranjen na svakoj provodnoj ploči, to je veća razlika električnog potencijala između dvije provodne ploče. Stoga je električni naboj (Q) proporcionalan razlici električnog potencijala (V). Odnos između električnog naboja i razlike električnog potencijala izražava se sljedećom proporcionalnošću:
QαV
Gornja proporcionalnost se pretvara u jednačinu dodavanjem konstante proporcionalnosti C:
Q = CV ili C = Q / V
Opis: Q = električni naboj (Coulomb), V = razlika električnih potencijala ili električni napon (Volt), C = konstanta proporcionalnosti, koja se naziva kapacitet kondenzatora.
Vrijednost kapacitivnosti ne zavisi od električnog naboja i napona, već od oblika i veličine provodnih ploča. Matematički dokaz da kapacitivnost zavisi od oblika i veličine provodnih ploča objašnjen je u članku o vrstama kondenzatora na osnovu oblika provodnih ploča, naime, kondenzatori sa paralelnim pločama , cilindrični kondenzatori i sferni kondenzatori . U članku se pretpostavlja da postoji vakuum između dvije provodne ploče.
Kapacitet kondenzatora također ovisi o svojstvima materijala između dvije provodne ploče. Materijal između dvije provodne ploče naziva se dielektrik . Kapacitet kondenzatora s dielektrikom detaljno je objašnjen u članku o dielektričnoj konstanti.
Jedinica kapacitivnosti
Jedinica električnog naboja je Coulomb, a jedinica razlike električnog potencijala je Volt, pa na osnovu gornje jednačine kapacitivnosti, jedinica kapacitivnosti je Coulomb po Voltu (C/V), također nazvan Farad (F), što potiče od imena britanskog naučnika Michaela Faradayja (1791-1867). Dakle, 1 Farad = 1 Coulomb/Volt.
Na primjer, kondenzator ima vrijednost od 2 farada, što znači da kondenzator pohranjuje električni naboj od +2 kulona na jednoj od provodnih ploča i -2 kulona na drugoj provodnoj ploči, gdje dvije provodne ploče imaju potencijalnu razliku od 1 volta. Ako je baterija od 12 volti spojena na kondenzator, jedna od provodnih ploča će imati električni naboj od Q = CV = (2)(12 volti) = +24 kulona, dok će druga provodna ploča imati naboj od -24 kulona.
Treba napomenuti da je Farad vrlo velika jedinica za kapacitet, tako da se obično koriste manje jedinice, naime mikroFarad, skraćeno μF (10⁻⁶ Farad ), do pikoFarad, skraćeno pF (10⁻¹² Farad ). Matematički proračuni koji pokazuju da je Farad vrlo velika jedinica razmatrani su na primjeru pločastog kondenzatora.
