Komprenante kapacitancon
Malgranda glaso povas teni malgrandan kvanton da akvo, dum granda glaso povas teni pli. Ju pli granda la glaso, des pli da akvo ĝi povas teni. Do, ĉiu glaso havas kapaciton, aŭ mezuron de sia akvotenkapacito. Kiel glasoj, kondensatoroj ankaŭ havas la kapablon stoki elektran ŝargon kaj elektran potencialan energion. La kapacito de kondensatoro, aŭ la mezuro de ĝia kapablo stoki elektran ŝargon kaj elektran potencialan energion, nomiĝas kapacitanco.
Faktoroj influantaj kapacitancon
La grandeco de la kapacito de glaso por teni akvon estas determinita de ĝia volumeno. Kio pri kondensatoroj? Kio determinas la grandecon de la kapacito de kondensatoro por stoki elektran ŝargon?
La suba figuro montras simplan kondensilon konsistantan el du konduktaj platoj apartigitaj per certa distanco. Antaŭ ol esti konektita al tensiofonto, kiel ekzemple baterio, ambaŭ platoj estas malŝargitaj. Poste, unu plato estas konektita al la pozitiva terminalo de la baterio kaj la alia al la negativa terminalo per dratoj.
Post konekto al la pozitiva terminalo de la baterio, la pozitiva ŝargo en la baterio altiras la negative ŝargitajn elektronojn sur la plato, igante ilin moviĝi al la pozitiva terminalo de la baterio. Tio kaŭzas mankon de elektronoj (negativa ŝargo) kaj troon de protonoj (pozitiva ŝargo) ĉe la plato, rezultante en pozitiva ŝargo.
Simile, post konekto de la plato al la negativa terminalo de la baterio, la pozitiva ŝargo sur la plato altiras la negative ŝargitajn elektronojn sur la negativa terminalo de la baterio, kaŭzante la elektronojn moviĝi al la plato. Tio kaŭzas, ke la plato havas troon da elektronoj, igante ĝin negative ŝargita.
La procezo de elektrona translokigo inter la platoj kaj la baterio ĉesas post kiam la potenciala diferenco inter la du platoj egalas al la potenciala diferenco inter la du polusoj de la baterio.
Kiel povas la elektra ŝargo sur ambaŭ konduktilaj platoj pliiĝi? Alivorte, kion oni devas fari por denove kaŭzi elektronan translokigon? Elektrona translokigo okazas nur kiam la elektra potenciala diferenco inter la du polusoj de la baterio estas pli granda ol la elektra potenciala diferenco inter la du konduktilaj platoj. Por ke elektrona translokigo okazu denove tiel ke la elektra ŝargo sur ĉiu konduktila plato pliiĝas, la uzata baterio estas anstataŭigita per alia baterio aŭ alia tensiofonto, kiu havas pli grandan elektran potencialan diferencon. Elektrona translokigo ĉesas kiam la potenciala diferenco de la tensiofonto egalas al la potenciala diferenco de la kondensilo, tial se la potenciala diferenco de la tensiofonto estas pli granda, la potenciala diferenco de la kondensilo ankaŭ estas pli granda.
Surbaze de la supra recenzo, oni povas konkludi, ke ju pli granda estas la elektra ŝargo stokita sur ĉiu konduktila plato, des pli granda estas la elektra potenciala diferenco inter la du konduktilaj platoj. Tial, la elektra ŝargo (Q) estas proporcia al la elektra potenciala diferenco (V). La rilato inter elektra ŝargo kaj elektra potenciala diferenco estas esprimita per la sekva proporcieco:
Q α V
La supra proporcieco estas konvertita en ekvacion per aldono de la proporcieca konstanto C:
Q = CV aŭ C = Q / V
Priskribo: Q = elektra ŝargo (Kulombo), V = elektra potenciala diferenco aŭ elektra tensio (Volto), C = proporcieca konstanto, kiu nomiĝas la kapacitanco de la kondensilo.
La kapacitanco ne dependas de la elektra ŝargo kaj tensio, sed dependas de la formo kaj grandeco de la konduktilaj platoj. Matematika pruvo, ke kapacitanco dependas de la formo kaj grandeco de la konduktilaj platoj, estas klarigita en la artikolo pri la tipoj de kondensatoroj bazitaj sur la formo de la konduktilaj platoj, nome paralelplataj kondensatoroj , cilindraj kondensatoroj kaj sferaj kondensatoroj . En la artikolo, oni supozas, ke ekzistas vakuo inter la du konduktilaj platoj.
La kapacitanco de kondensilo ankaŭ dependas de la ecoj de la materialo inter la du konduktaj platoj. La materialo inter la du konduktaj platoj nomiĝas la dielektriko . La kapacitanco de kondensilo kun dielektriko estas detale diskutita en la artikolo pri la dielektrika konstanto.
Unuo de kapacitanco
La unuo de elektra ŝargo estas la kulombo kaj la unuo de elektra potenciala diferenco estas la volto, do surbaze de la kapacitanca ekvacio supre, la unuo de kapacitanco estas kulombo por volto (C/V), ankaŭ nomata farado (F), kiu devenas de la nomo de la brita sciencisto Michael Faraday (1791-1867). Do 1 farado = 1 kulombo/volto.
Ekzemple, kondensilo havas valoron de 2 Faradoj, kio signifas, ke la kondensilo stokas elektran ŝargon de +2 kulomboj sur unu el la konduktilaj platoj kaj -2 kulomboj sur la alia konduktila plato, kie la du konduktilaj platoj havas potencialan diferencon de 1 volto. Se 12-volta baterio estas konektita al la kondensilo, unu el la konduktilaj platoj havos elektran ŝargon de Q = CV = (2)(12 voltoj) = +24 kulomboj, dum la alia konduktila plato havos ŝargon de -24 kulomboj.
Notindas, ke Farado estas tre granda unuo de kapacitanco, tial oni kutime uzas pli malgrandajn unuojn, nome mikroFarado mallongigita μF (10⁻⁶ Farado ) al pikoFarado mallongigita pF (10⁻¹² Farado ). Matematikaj kalkuloj por montri, ke Farado estas tre granda unuo estas diskutitaj en la ekzemplo de paralelplata kondensilo.
