Skilgreining á rýmd þétta
Lítið glas getur innihaldið smá vatn, en stórt glas getur innihaldið meira vatn. Því stærra sem rúmmál glersins er, því meira vatn getur það rúmað. Þannig hefur hvert glas þá getu eða stærð sem þarf til að innihalda vatn. Eins og gler geta þéttar einnig geymt rafhleðslur og rafstöðuorku. Þétti Geta til að geyma rafhleðslu og raforku kallast rýmd.
Þættir sem hafa áhrif á rafrýmd
Stærð vatnsgeymsluþols ræðst af rúmmáli glersins. Hvað með þétta, hvað ræður stærð vatnsgeymsluþols þéttisins?
Myndin hér til hliðar sýnir einfaldan þétti sem samanstendur af tveggja leiðara plötum sem eru aðskildar með ákveðinni fjarlægð. Áður en tenging við spennugjafa, eins og rafhlöðu, er plötunum tveimur ekki hlaðið rafmagni. Síðan er önnur platan tengd við plúspól rafhlöðunnar og hin platan við neikvæða pól rafhlöðunnar með snúru.
Eftir að hafa tengst við jákvæða pól rafhlöðunnar dregur jákvæða hleðslan á rafhlöðunni neikvætt hlaðnar rafeindir að plötunni þannig að rafeindirnar færast að jákvæða pól rafhlöðunnar. Þetta veldur því að plöturnar skorta rafeindir (neikvæð hleðsla) og umfram róteindir (jákvæð hleðsla) þannig að plöturnar verða jákvætt hlaðnar.
Eftir að hafa tengst við neikvæða pól rafhlöðunnar dregur jákvæða hleðslan á plötunni að sér neikvætt hlaðnar rafeindir á neikvæða pól rafhlöðunnar þannig að rafeindirnar færast að plötunni. Þetta veldur því að platan ofhleðst rafeindirnar þannig að platan verður neikvætt hlaðin. Ferlið við að færa rafeindir milli platna og rafhlöðu stöðvast eftir að spennumunurinn á milli platnanna tveggja er jafn spennumunurinn á milli rafgeymispólanna tveggja.
Hvernig eykur maður rafhleðsluna á báðum leiðaraplötunum? Með öðrum orðum, hvað ætti að gera til að flytja rafeindir til og frá jákvæða pól rafhlöðunnar? Rafeindaflutningur á sér aðeins stað þegar spennumunurinn milli rafskautanna tveggja er meiri en spennumunurinn milli leiðaranna tveggja. Til þess að rafeindin geti hreyfst aftur þannig að rafhleðslan í hvorri leiðaraplötu aukist er rafhlöðunni sem notuð er skipt út fyrir aðra spennugjafa sem hefur meiri spennumun. Færsla rafeinda hættir þegar spennumunurinn í spennugjafanum er jafn spennumunurinn á þéttinum. Þess vegna, ef spennumunurinn í spennugjafanum er meiri en , er spennumunurinn á þéttinum einnig meiri.
Byggt á ofangreindri yfirferð má álykta að því meiri sem rafhleðsla er geymd í hvorri leiðaraplötu, því meiri er spennumunurinn á milli leiðaraplatnanna tveggja. Þannig er rafhleðslan (Q) í réttu hlutfalli við spennumuninn (V). Sambandið milli rafhleðslu og spennumunar er sýnt fram á í eftirfarandi samanburði:
Q α V
Ofangreindar samanburðir eru breyttar í jöfnur með því að bæta við fastanum C:
Q = CV eða C = Q / V
Q = rafhleðsla (Coulomb), V = spennumunur eða rafspenna (Volt), C = fasti sem kallast rýmd þéttisins.
Rýmdargildið er ekki háð rafhleðslu og rafspennu, heldur lögun og stærð leiðaraplötunnar. Stærðfræðileg sönnun þess að rýmdargildið er háð lögun og stærð leiðaraplötunnar er útskýrð í efnisgreininni um samsíða plötuþétta. Í efnisgreininni er gert ráð fyrir að lofttæmi sé á milli leiðaranna tveggja.
Rýmd þéttis fer einnig eftir eðli efnisins sem er á milli leiðaraplatnanna tveggja. Efnið sem er á milli leiðaraplatnanna tveggja kallast rafskaut. Rýmd þétta sem hafa rafskaut er rædd ítarlega í efninu um rafsvörunarstuðlar.
Eining rafrýmdar
Eining rafhleðslu er Coulomb og eining rafspennumunar er Volt, þannig að það er byggt á rafrýmdarjöfnunni hér að ofan. Rýmdareiningin er Coulomb á volt (C/V), einnig kallað Farad (F) sem kemur frá nafni breska vísindamannsins Michaels Faraday (1791-1867). Þannig er 1 Farad = 1 Coulomb/Volt.
Gerum ráð fyrir að þétti með gildið 2 Farad þýðir að þéttinn geymir rafhleðslu upp á +2 Coulomb á annarri leiðaraplötunni og -2 Coulomb á hinni leiðaraplötunni. Þar sem spennumunurinn á báðum leiðaraplötunum er 1 volt. Ef 12 volta rafhlaðan er tengd við þéttinn, þá er önnur rafhlaðna leiðaraplatan Q = CV = (2) (12 volt) = +24 Coulomb en hin leiðaraplatan er -24 Coulomb.
Vinsamlegast athugið að Farad er gríðarstór rýmdareining þannig að hún er venjulega notuð sem minni eining, þ.e. míkrófarad, skammstafað μF (10-6 Farad) eða píkófarad stytt sem pF (10-12 Farad). Stærðfræðilegar útreikningar til að sýna að Farad er risaeining, sem rætt er um í efnisflokknum um samsíða plötuþétta.
