Diffiniad o Gynhwysedd cynwysyddion
Gall gwydr bach gynnwys ychydig o ddŵr, tra gall gwydr mawr gynnwys mwy o ddŵr. Po fwyaf yw cyfaint y gwydr, y mwyaf o ddŵr y gellir ei gynnwys. Felly, mae gan bob gwydr y capasiti neu'r maint i gynnwys dŵr. Fel gwydr, gall cynwysyddion hefyd storio'r gwefrau trydanol a'r egni potensial trydanol. Gelwir capasiti'r cynhwysydd i storio'r gwefr drydanol a'r egni potensial trydanol yn gynhwysiant.
Ffactorau sy'n effeithio ar y cynhwysedd
Mae maint gallu'r gwydr i gynnwys dŵr yn cael ei bennu gan gyfaint y gwydr. Beth am gynwysyddion, beth sy'n pennu maint gallu'r cynhwysydd i storio'r gwefr drydanol?
Mae'r ffigur ar yr ochr yn dangos cynhwysydd syml sy'n cynnwys platiau dau ddargludydd wedi'u gwahanu gan bellter penodol. Cyn cysylltu â ffynhonnell foltedd, fel batri, nid yw'r ddau blât yn cael eu gwefru'n drydanol. Yna mae un o'r platiau wedi'i gysylltu â phegwn positif y batri a'r plât arall wedi'i gysylltu â phegwn negatif y batri gan ddefnyddio cebl.
Ar ôl cysylltu â phegwn positif y batri, mae'r gwefr bositif ar y batri yn tynnu electronau â gwefr negatif ar y plât fel bod yr electronau'n symud i begwn positif y batri. Mae hyn yn achosi i'r platiau fod yn brin o electronau (gwefr negatif) a phrotonau gormodol (gwefr bositif) fel bod y platiau'n dod yn wefr bositif.
Ar ôl cael ei gysylltu â phegwn negatif y batri, mae'r gwefr bositif ar y plât yn denu electronau â gwefr negatif ar begwn negatif y batri fel bod yr electronau'n symud i'r plât. Mae hyn yn achosi i'r plât orlwytho'r electronau fel bod y plât yn dod â gwefr negatif. Mae'r broses o symud electronau rhwng platiau a batris yn dod i ben ar ôl i'r gwahaniaeth potensial rhwng y ddau blât fod yn hafal i'r gwahaniaeth potensial rhwng dau begwn y batri.
Sut ydych chi'n cynyddu'r gwefr drydanol ar y ddau blât dargludydd? Mewn geiriau eraill, beth ddylid ei wneud i drosglwyddo electronau i ac o begwn positif y batri? Dim ond pan fydd y gwahaniaeth potensial trydanol rhwng dau begwn y batri yn fwy na'r gwahaniaeth potensial trydanol rhwng y ddau ddargludydd y mae dadleoliad electronau yn digwydd. Er mwyn i'r electron symud eto fel bod y gwefr drydanol ym mhob plât dargludydd yn cynyddu, mae'r batri a ddefnyddir yn cael ei ddisodli gan ffynhonnell foltedd arall sydd â gwahaniaeth potensial trydanol mwy. Mae dadleoliad electronau yn stopio pan fydd y gwahaniaeth potensial yn y ffynhonnell foltedd yn hafal i wahaniaeth potensial y cynhwysydd. Felly, os yw'r gwahaniaeth potensial yn y ffynhonnell foltedd yn fwy na, mae gwahaniaeth potensial y cynhwysydd hefyd yn fwy.
Yn seiliedig ar yr adolygiad uchod, gellir dod i'r casgliad po fwyaf yw'r gwefr drydanol sydd wedi'i storio ym mhob plât dargludydd, y mwyaf yw'r gwahaniaeth potensial trydanol rhwng y ddau blât dargludydd. Felly, mae'r gwefr drydanol (Q) yn gymesur â'r gwahaniaeth potensial trydanol (V). Nodir y berthynas rhwng gwefr drydanol a gwahaniaeth potensial trydanol yn y gymhariaeth ganlynol:
Q α V
Mae'r cymariaethau uchod yn cael eu trosi'n hafaliadau trwy adio'r cysonyn C:
Q = CV neu C = Q / V
Q = gwefr drydanol (Coulomb), V = gwahaniaeth potensial trydanol neu foltedd (Folt), C = cysonyn a elwir yn gynhwysedd y cynhwysydd.
Nid yw gwerth y cynhwysedd yn dibynnu ar y gwefr drydanol a'r foltedd trydanol, ond mae'n dibynnu ar siâp a maint y plât dargludydd. Eglurir prawf mathemategol bod cynhwysedd yn dibynnu ar siâp a maint y plât dargludydd yn y pwnc ar y cynhwysydd plât paralel. Yn y pwnc, tybir bod gwactod rhwng y ddau ddargludydd.
Mae cynhwysedd cynhwysydd hefyd yn dibynnu ar natur y deunydd sydd rhwng y ddau blât dargludydd. Gelwir y deunydd sydd rhwng y ddau blât dargludydd yn ddielectrig. Trafodir cynhwysedd cynwysyddion sydd â dielectrigau yn fanwl yn y pwnc cysonion dielectrig.
Uned o gapasiti
Uned gwefr drydanol yw Coulomb ac uned gwahaniaeth potensial trydanol yw Folt, felly mae hynny'n seiliedig ar yr hafaliad cynhwysedd uchod. Yr uned cynhwysedd yw Coulomb fesul Folt (C/V), a elwir hefyd yn Farad (F) sy'n dod o enw'r gwyddonydd Prydeinig Michael Faraday (1791-1867). Felly, 1 Farad = 1 Coulomb/Folt.
Tybiwch fod cynhwysydd sydd â gwerth o 2 Farad yn golygu bod y cynhwysydd yn storio gwefr drydanol o +2 Coulomb ar un o'r platiau dargludydd a -2 Coulomb ar y plât dargludydd arall. Lle mae gan y ddau blât dargludydd wahaniaeth potensial o 1 Folt. Os yw'r batri 12 Folt wedi'i gysylltu â'r cynhwysydd, mae un o'r platiau dargludydd â gwefr drydanol yn Q = CV = (2) (12 Folt) = +24 Coulomb tra bod y plât dargludydd arall yn -24 Coulomb.
Sylwch fod Farad yn uned gapasitans enfawr felly fe'i defnyddir fel arfer fel uned lai, sef microfarad wedi'i dalfyru fel μF (10⁻⁶ Farad ) neu picofarad wedi'i dalfyru fel pF (10⁻⁶ Farad ). Trafodir cyfrifiadau mathemategol i ddangos bod Farad yn uned enfawr ym mhwnc y cynhwysydd plât paralel.
