კონდენსატორის სიმძლავრე

ტევადობის გაგება

პატარა ჭიქაში შეიძლება მცირე რაოდენობით სასმელი წყლის ტევადობა, ხოლო დიდ ჭიქაში - მეტის. რაც უფრო დიდია ჭიქა, მით უფრო მეტი წყლის ტევადობა შეუძლია. ამგვარად, თითოეულ ჭიქას აქვს წყლის ტევადობის განსაზღვრული საზომი. ჭიქების მსგავსად, კონდენსატორებსაც აქვთ ელექტრული მუხტისა და ელექტრული პოტენციური ენერგიის შენახვის უნარი. კონდენსატორის ტევადობას, ანუ კონდენსატორის ელექტრული მუხტისა და ელექტრული პოტენციური ენერგიის შენახვის უნარის საზომს ეწოდება ტევადობა.

ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ტევადობაზე

ჭიქის წყლის შეკავების ტევადობა მისი მოცულობით განისაზღვრება. რას იტყვით კონდენსატორებზე? რა განსაზღვრავს კონდენსატორის ელექტრული მუხტის შენახვის ტევადობას?

ქვემოთ მოცემულ ფიგურაზე გამოსახულია მარტივი კონდენსატორი, რომელიც შედგება გარკვეული მანძილით დაშორებული ორი გამტარი ფირფიტისგან. ძაბვის წყაროსთან, მაგალითად, აკუმულატორთან, შეერთებამდე ორივე ფირფიტა იცლება. შემდეგ, ერთი ფირფიტა მავთულის გამოყენებით უკავშირდება აკუმულატორის დადებით, ხოლო მეორე - უარყოფით ტერმინალს.

აკუმულატორის დადებით ტერმინალთან შეერთების შემდეგ, აკუმულატორში არსებული დადებითი მუხტი იზიდავს ფირფიტაზე არსებულ უარყოფითად დამუხტულ ელექტრონებს, რაც იწვევს მათ გადაადგილებას აკუმულატორის დადებით ტერმინალში. ეს იწვევს ფირფიტაზე ელექტრონების დეფიციტს (უარყოფითი მუხტი) და პროტონების სიჭარბეს (დადებითი მუხტი), რაც იწვევს დადებით მუხტს.

ანალოგიურად, ფირფიტის აკუმულატორის უარყოფით კონტაქტთან შეერთების შემდეგ, ფირფიტაზე დადებითი მუხტი იზიდავს აკუმულატორის უარყოფით კონტაქტზე არსებულ უარყოფითად დამუხტულ ელექტრონებს, რაც იწვევს ელექტრონების ფირფიტისკენ გადაადგილებას. ეს იწვევს ფირფიტაზე ელექტრონების სიჭარბეს, რაც მას უარყოფითად დამუხტულს ხდის.

ფირფიტებსა და აკუმულატორს შორის ელექტრონების გადაცემის პროცესი წყდება მას შემდეგ, რაც ორ ფირფიტას შორის პოტენციური სხვაობა ტოლი გახდება აკუმულატორის ორ პოლუსს შორის პოტენციური სხვაობისა.

როგორ შეიძლება ორივე გამტარ ფირფიტაზე ელექტრული მუხტის გაზრდა? სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რა უნდა გაკეთდეს ელექტრონების ხელახლა გადატანის მიზნით? ელექტრონების გადატანა ხდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც აკუმულატორის ორ პოლუსს შორის ელექტრული პოტენციური სხვაობა აღემატება ორ გამტარ ფირფიტას შორის ელექტრულ პოტენციურ სხვაობას. იმისათვის, რომ ელექტრონების გადატანა ხელახლა მოხდეს ისე, რომ თითოეულ გამტარ ფირფიტაზე ელექტრული მუხტი გაიზარდოს, გამოყენებული აკუმულატორი იცვლება სხვა აკუმულატორით ან სხვა ძაბვის წყაროთი, რომელსაც უფრო დიდი ელექტრული პოტენციური სხვაობა აქვს. ელექტრონების გადატანა წყდება, როდესაც ძაბვის წყაროს პოტენციური სხვაობა ტოლია კონდენსატორის პოტენციური სხვაობისა, ამიტომ თუ ძაბვის წყაროს პოტენციური სხვაობა მეტია, კონდენსატორის პოტენციური სხვაობაც მეტია.

ზემოაღნიშნული მიმოხილვის საფუძველზე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ რაც უფრო დიდია თითოეულ გამტარ ფირფიტაზე დაგროვილი ელექტრული მუხტი, მით უფრო დიდია ელექტრული პოტენციალის სხვაობა ორ გამტარ ფირფიტას შორის. შესაბამისად, ელექტრული მუხტი (Q) პროპორციულია ელექტრული პოტენციალის სხვაობისა (V). ელექტრულ მუხტსა და ელექტრულ პოტენციურ სხვაობას შორის დამოკიდებულება გამოიხატება შემდეგი პროპორციულობით:
Q α V
ზემოთ მოცემული პროპორციულობა განტოლებად გარდაიქმნება პროპორციულობის მუდმივის C დამატებით:
Q = CV ან C = Q / V
აღწერა: Q = ელექტრული მუხტი (კულონი), V = ელექტრული პოტენციალთა სხვაობა ან ელექტრული ძაბვა (ვოლტი), C = პროპორციულობის მუდმივა, რომელსაც კონდენსატორის ტევადობა ეწოდება.

ტევადობის მნიშვნელობა არ არის დამოკიდებული ელექტრულ მუხტსა და ძაბვაზე, არამედ დამოკიდებულია გამტარი ფირფიტის ფორმასა და ზომაზე. მათემატიკური დამტკიცება იმისა, რომ ტევადობა დამოკიდებულია გამტარი ფირფიტის ფორმასა და ზომაზე, ახსნილია სტატიაში კონდენსატორების ტიპების შესახებ, რომლებიც დაფუძნებულია გამტარი ფირფიტის ფორმაზე, კერძოდ პარალელური ფირფიტის კონდენსატორი, ცილინდრული კონდენსატორი დენ სფერული კონდენსატორიამ სტატიაში ვივარაუდებთ, რომ ორ გამტარ ნაწილს შორის ვაკუუმია.

კონდენსატორის ტევადობა ასევე დამოკიდებულია ორ გამტარ ფირფიტას შორის არსებული მასალის თვისებებზე. ორ გამტარ ფირფიტას შორის არსებულ მასალას ეწოდება დიელექტრიკიდიელექტრიკის მქონე კონდენსატორის ტევადობა დეტალურად არის განხილული სტატიაში დიელექტრიკული მუდმივა.

ტევადობის ერთეული

ელექტრული მუხტის ერთეულია კულონი, ხოლო ელექტრული პოტენციალის სხვაობის ერთეული - ვოლტი, ამიტომ ზემოთ მოცემული ტევადობის განტოლების საფუძველზე, ტევადობის ერთეულია კულონი ვოლტზე (C/V), ასევე ცნობილია, როგორც ფარადი (F), რომელიც მომდინარეობს ბრიტანელი მეცნიერის, მაიკლ ფარადეის (1791-1867) სახელიდან. ამგვარად, 1 ფარადი = 1 კულონი/ვოლტი.

მაგალითად, კონდენსატორს აქვს 2 ფარადის მნიშვნელობა, რაც იმას ნიშნავს, რომ კონდენსატორი ერთ-ერთ გამტარ ფირფიტაზე ინახავს +2 კულონის ელექტრულ მუხტს, ხოლო მეორე გამტარ ფირფიტაზე -2 კულონის, სადაც ორ გამტარ ფირფიტას 1 ვოლტის პოტენციური სხვაობა აქვს. თუ კონდენსატორს 12 ვოლტიანი აკუმულატორი უკავშირდება, ერთ-ერთ გამტარ ფირფიტას ექნება Q = CV = (2)(12 ვოლტი) = +24 კულონის ელექტრული მუხტი, ხოლო მეორე გამტარ ფირფიტას - -24 კულონის მუხტი.

უნდა აღინიშნოს, რომ ფარადი ტევადობის ძალიან დიდი ერთეულია, ამიტომ, როგორც წესი, გამოიყენება უფრო მცირე ზომის ერთეული, კერძოდ, მიკროფარადი, შემოკლებით μF (10^-6 ფარადი) პიკოფარადამდე, შემოკლებით pF (10^-12 ფარადი). მათემატიკური გამოთვლები იმის საჩვენებლად, რომ ფარადი ძალიან დიდი ერთეულია, განხილულია პარალელური ფირფიტის კონდენსატორის კითხვების მაგალითი.