Pochopení kapacity
Malá sklenice pojme malé množství pitné vody, zatímco velká sklenice pojme více. Čím větší je sklenice, tím více vody pojme. Každá sklenice má tedy kapacitu neboli míru své schopnosti pojmout vodu. Stejně jako sklenice mají i kondenzátory kapacitu ukládat elektrický náboj a elektrickou potenciální energii. Kapacita kondenzátoru neboli míra schopnosti kondenzátoru ukládat elektrický náboj a elektrickou potenciální energii se nazývá kapacita.
Faktory ovlivňující kapacitu
Velikost kapacity sklenice pojmout vodu je určena jejím objemem. A co kondenzátory? Co určuje velikost kapacity kondenzátoru ukládat elektrický náboj?
Obrázek níže znázorňuje jednoduchý kondenzátor sestávající ze dvou vodivých desek vzdálených od sebe v určité vzdálenosti. Před připojením ke zdroji napětí, například k baterii, jsou obě desky vybité. Poté se jedna deska pomocí vodičů připojí ke kladnému pólu baterie a druhá k zápornému pólu.
Po připojení ke kladnému pólu baterie přitahuje kladný náboj v baterii záporně nabité elektrony na destičce, což způsobuje jejich přesun ke kladnému pólu baterie. To způsobuje, že destička má nedostatek elektronů (záporný náboj) a nadbytek protonů (kladný náboj), což má za následek kladný náboj.
Podobně, po připojení desky k zápornému pólu baterie, kladný náboj na desce přitahuje záporně nabité elektrony na záporném pólu baterie, což způsobuje, že se elektrony přesunou k desce. To způsobí, že deska má nadbytek elektronů, a tím se negativně nabije.
Proces přenosu elektronů mezi deskami a baterií se zastaví poté, co se rozdíl potenciálů mezi oběma deskami rovná rozdílu potenciálů mezi oběma póly baterie.
Jak se může zvýšit elektrický náboj na obou vodivých deskách? Jinými slovy, co je třeba udělat, aby se znovu vyvolal přenos elektronů? K přenosu elektronů dochází pouze tehdy, když je rozdíl elektrických potenciálů mezi dvěma póly baterie větší než rozdíl elektrických potenciálů mezi dvěma vodivými deskami. Aby k přenosu elektronů došlo znovu a zvýšil se elektrický náboj na každé vodivé desce, je použitá baterie nahrazena jinou baterií nebo jiným zdrojem napětí, který má větší rozdíl elektrických potenciálů. Přenos elektronů se zastaví, když je rozdíl potenciálů zdroje napětí roven rozdílu potenciálů kondenzátoru, takže pokud je rozdíl potenciálů zdroje napětí větší, je větší i rozdíl potenciálů kondenzátoru.
Na základě výše uvedeného lze usoudit, že čím větší je elektrický náboj uložený na každé vodivé desce, tím větší je rozdíl elektrického potenciálu mezi oběma vodivými deskami. Elektrický náboj (Q) je tedy úměrný rozdílu elektrického potenciálu (V). Vztah mezi elektrickým nábojem a rozdílem elektrického potenciálu je vyjádřen následující úměrností:
QαV
Výše uvedená úměrnost se převede do rovnice přidáním konstanty úměrnosti C:
Q = CV nebo C = Q / V
Popis: Q = elektrický náboj (Coulomb), V = rozdíl elektrického potenciálu nebo elektrické napětí (V), C = konstanta úměrnosti, která se nazývá kapacita kondenzátoru.
Hodnota kapacity nezávisí na elektrickém náboji a napětí, ale závisí na tvaru a velikosti vodivé desky. Matematický důkaz, že kapacita závisí na tvaru a velikosti vodivé desky, je vysvětlen v článku o typech kondenzátorů podle tvaru vodivé desky, konkrétně deskový kondenzátor, válcový kondenzátor dan kulový kondenzátorV tomto článku se předpokládá, že mezi dvěma vodiči je vakuum.
Kapacita kondenzátoru závisí také na vlastnostech materiálu mezi dvěma vodivými deskami. Materiál mezi dvěma vodivými deskami se nazývá dielektrikumKapacita kondenzátoru s dielektrikem je podrobně rozebrána v článku o dielektrická konstanta.
Jednotka kapacity
Jednotkou elektrického náboje je Coulomb a jednotkou rozdílu elektrického potenciálu je Volt, takže na základě výše uvedené rovnice kapacity je jednotkou kapacity Coulomb na Volt (C/V), nazývaný také Farad (F), který pochází ze jména britského vědce Michaela Faradaye (1791-1867). Takže 1 Farad = 1 Coulomb/Volt.
Například kondenzátor má hodnotu 2 faradů, což znamená, že kondenzátor ukládá elektrický náboj +2 coulombů na jednom z vodičových desek a -2 coulombů na druhém vodičovém plechu, kde dva vodičové plechy mají potenciálový rozdíl 1 volt. Pokud je ke kondenzátoru připojena 12voltová baterie, jeden z vodičových plechů bude mít elektrický náboj Q = CV = (2)(12 voltů) = +24 coulombů, zatímco druhý vodičový plech bude mít náboj -24 coulombů.
Je třeba poznamenat, že Farad je velmi velká jednotka kapacity, takže se obvykle používá menší jednotka, a to mikroFarad, zkráceně μF (10-6 Farad) na pikoFarad zkráceně pF (10-12 Matematické výpočty, které ukazují, že farad je velmi velká jednotka, jsou diskutovány v příklad otázek k deskovému kondenzátoru.
