Razumijevanje kapacitivnosti
Mala čaša može držati malu količinu pitke vode, dok velika čaša može držati više. Što je čaša veća, to može držati više vode. Dakle, svaka čaša ima kapacitet, odnosno mjeru svog kapaciteta zadržavanja vode. Poput čaša, kondenzatori također imaju kapacitet pohranjivanja električnog naboja i električne potencijalne energije. Kapacitet kondenzatora, odnosno mjera sposobnosti kondenzatora da pohrani električni naboj i električnu potencijalnu energiju, naziva se kapacitet.
Čimbenici koji utječu na kapacitet
Veličinu kapaciteta čaše za zadržavanje vode određuje njezin volumen. Što je s kondenzatorima? Što određuje veličinu kapaciteta kondenzatora za pohranu električnog naboja?
Donja slika prikazuje jednostavan kondenzator koji se sastoji od dvije vodljive ploče razdvojene određenom udaljenošću. Prije spajanja na izvor napona, poput baterije, 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, pozitivni naboj u bateriji privlači negativno nabijene elektrone na ploči, uzrokujući njihovo pomicanje prema pozitivnom polu baterije. To uzrokuje manjak elektrona (negativni naboj) i višak protona (pozitivni naboj) na ploči, što rezultira pozitivnim nabojem.
Slično tome, nakon spajanja ploče na negativni pol baterije, pozitivni naboj na ploči privlači negativno nabijene elektrone na negativnom polu baterije, uzrokujući da se elektroni pomiču prema ploči. To uzrokuje da ploča ima višak elektrona, što je čini negativno nabijenom.
Proces prijenosa elektrona između ploča i baterije završava nakon što je potencijalna razlika između dviju ploča jednaka potencijalnoj razlici između dva pola baterije.
Kako se električni naboj na obje vodične ploče može povećati? Drugim riječima, što se mora učiniti da se ponovno izazove prijenos elektrona? Prijenos elektrona događa se samo kada je razlika električnog potencijala između dva pola baterije veća od razlike električnog potencijala između dvije vodične ploče. Da bi se ponovno dogodio prijenos elektrona tako da se električni naboj na svakoj vodičnoj 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 temelju gore navedenog pregleda može se zaključiti da što je veći električni naboj pohranjen na svakoj vodičnoj ploči, to je veća razlika električnog potencijala između dvije vodične 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 jednadžbu 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 ovisi o električnom naboju i naponu, već ovisi o obliku i veličini vodične ploče. Matematički dokaz da kapacitivnost ovisi o obliku i veličini vodične ploče objašnjen je u članku o vrstama kondenzatora na temelju oblika vodične ploče, naime pločasti kondenzator, cilindrični kondenzator Dan sferni kondenzatorU ovom članku pretpostavlja se da između dva vodiča postoji vakuum.
Kapacitet kondenzatora također ovisi o svojstvima materijala između dvije vodljive ploče. Materijal između dvije vodljive ploče naziva se dielektrikKapacitet kondenzatora koji ima dielektrik detaljno je pregledan u članku o dielektrična konstanta.
Jedinica kapaciteta
Jedinica električnog naboja je Coulomb, a jedinica razlike električnog potencijala je Volt, pa je na temelju gornje jednadžbe kapacitivnosti jedinica kapacitivnosti Coulomb po Voltu (C/V), također nazvan Farad (F) što dolazi od imena britanskog znanstvenika 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 vodiča i -2 kulona na drugoj vodiču, gdje dvije vodiče imaju potencijalnu razliku od 1 volta. Ako je baterija od 12 volti spojena na kondenzator, jedna od vodiča imat će električni naboj Q = CV = (2)(12 volti) = +24 kulona, dok će druga vodič imati naboj od -24 kulona.
Treba napomenuti da je Farad vrlo velika jedinica za kapacitet, pa se obično koristi manja jedinica, naime mikroFarad, skraćeno μF (10-6 Farad) u pikoFarad skraćeno pF (10-12 Farad). Matematički izračuni koji pokazuju da je Farad vrlo velika jedinica raspravljaju se u primjer pitanja o pločastim kondenzatorima.
