კონდენსატორის ტევადობა

კონდენსატორების ტევადობის განმარტება

პატარა ჭიქაში შეიძლება ცოტა წყალი იყოს, ხოლო დიდ ჭიქაში - მეტი. რაც უფრო დიდია მინის მოცულობა, მით მეტი წყლის მოთავსებაა შესაძლებელი. ამრიგად, თითოეულ ჭიქას აქვს წყლის მოთავსების უნარი. მინის მსგავსად, კონდენსატორებსაც შეუძლიათ ელექტრული მუხტებისა და ელექტრული პოტენციური ენერგიის შენახვა. კონდენსატორის ელექტრული მუხტისა და ელექტრული პოტენციური ენერგიის შენახვის უნარს ტევადობა ეწოდება.

ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ტევადობაზე

მინის წყლის შეკავების უნარის ზომა განისაზღვრება მინის მოცულობით. რაც შეეხება კონდენსატორებს, რა განსაზღვრავს კონდენსატორის ელექტრული მუხტის შენახვის უნარის ზომას?

გვერდითა ფიგურა გვიჩვენებს მარტივ კონდენსატორს, რომელიც შედგება გარკვეული მანძილით დაშორებული ორგამტარი ფირფიტისგან. ძაბვის წყაროსთან, მაგალითად, აკუმულატორთან შეერთებამდე, ორი ფირფიტა არ არის ელექტრულად დამუხტული. შემდეგ ერთი ფირფიტა კაბელის გამოყენებით უკავშირდება აკუმულატორის დადებით პოლუსს, ხოლო მეორე ფირფიტა - უარყოფით პოლუსს.

აკუმულატორის დადებით პოლუსთან შეერთების შემდეგ, აკუმულატორის დადებითი მუხტი ფირფიტაზე უარყოფითად დამუხტულ ელექტრონებს იზიდავს ისე, რომ ელექტრონები აკუმულატორის დადებით პოლუსზე გადაადგილდებიან. ეს იწვევს ფირფიტებს ელექტრონების ნაკლებობას (უარყოფითი მუხტი) და პროტონების სიჭარბეს (დადებითი მუხტი), რის გამოც ფირფიტები დადებითად დამუხტული ხდება.

აკუმულატორის უარყოფით პოლუსთან მიერთების შემდეგ, ფირფიტაზე არსებული დადებითი მუხტი იზიდავს აკუმულატორის უარყოფით პოლუსზე არსებულ უარყოფითად დამუხტულ ელექტრონებს, რის გამოც ელექტრონები ფირფიტისკენ გადაადგილდებიან. ეს იწვევს ფირფიტის მიერ ელექტრონების გადატვირთვას, რის შედეგადაც ფირფიტა უარყოფითად დამუხტება. ფირფიტებსა და აკუმულატორებს შორის ელექტრონების გადაადგილების პროცესი წყდება მას შემდეგ, რაც ორ ფირფიტას შორის პოტენციური სხვაობა აკუმულატორის ორ პოლუსს შორის პოტენციური სხვაობის ტოლი გახდება.

როგორ გავზარდოთ ელექტრული მუხტი ორივე გამტარ ფირფიტაზე? სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რა უნდა გაკეთდეს ელექტრონების აკუმულატორის დადებით პოლუსზე გადასატანად და მისგან? ელექტრონის გადაადგილება ხდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც აკუმულატორის ორ პოლუსს შორის ელექტრული პოტენციალის სხვაობა აღემატება ორ გამტარს შორის ელექტრულ პოტენციურ სხვაობას. იმისათვის, რომ ელექტრონი კვლავ იმოძრაოს ისე, რომ თითოეულ გამტარ ფირფიტაში ელექტრული მუხტი გაიზარდოს, გამოყენებული აკუმულატორი იცვლება სხვა ძაბვის წყაროთი, რომელსაც უფრო დიდი ელექტრული პოტენციალის სხვაობა აქვს. ელექტრონების გადაადგილება წყდება, როდესაც ძაბვის წყაროში პოტენციური სხვაობა ტოლია კონდენსატორის პოტენციური სხვაობის. ამიტომ, თუ ძაბვის წყაროში პოტენციური სხვაობა მეტია, კონდენსატორის პოტენციური სხვაობაც მეტია.

ზემოთ მოყვანილი მიმოხილვის საფუძველზე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ რაც უფრო დიდია თითოეულ გამტარ ფირფიტაში დაგროვილი ელექტრული მუხტი, მით უფრო დიდია ელექტრული პოტენციალის სხვაობა ორ გამტარ ფირფიტას შორის. ამრიგად, ელექტრული მუხტი (Q) პროპორციულია ელექტრული პოტენციალის სხვაობისა (V). ელექტრულ მუხტსა და ელექტრულ პოტენციურ სხვაობას შორის დამოკიდებულება მოცემულია შემდეგ შედარებაში:

Q α V

ზემოთ მოცემული შედარებები განტოლებებად გარდაიქმნება მუდმივი C-ს დამატებით:

Q = CV ან C = Q / V

Q = ელექტრული მუხტი (კულონი), V = ელექტრული პოტენციალთა სხვაობა ან ძაბვა (ვოლტი), C = მუდმივი, რომელსაც კონდენსატორის ტევადობა ეწოდება.

ტევადობის მნიშვნელობა არ არის დამოკიდებული ელექტრულ მუხტსა და ელექტრულ ძაბვაზე, არამედ დამოკიდებულია გამტარი ფირფიტის ფორმასა და ზომაზე. მათემატიკური დამტკიცება იმისა, რომ ტევადობა დამოკიდებულია გამტარი ფირფიტის ფორმასა და ზომაზე, ახსნილია პარალელური ფირფიტის კონდენსატორის თემაში. თემაში ვარაუდობენ, რომ ორ გამტარს შორის ვაკუუმია.

კონდენსატორის ტევადობა ასევე დამოკიდებულია ორ გამტარ ფირფიტას შორის არსებული მასალის ბუნებაზე. ორ გამტარ ფირფიტას შორის არსებულ მასალას დიელექტრიკი ეწოდება. დიელექტრიკის მქონე კონდენსატორების ტევადობა დეტალურად არის განხილული დიელექტრული მუდმივების თემაში.

ტევადობის ერთეული

ელექტრული მუხტის ერთეულია კულონი, ხოლო ელექტრული პოტენციალის სხვაობის ერთეული - ვოლტი, ამიტომ ეს ეფუძნება ზემოთ მოცემულ ტევადობის განტოლებას. 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.

დავუშვათ, რომ 2 ფარადის მნიშვნელობის მქონე კონდენსატორი 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-ერთი ელექტრულად დამუხტული გამტარი ფირფიტა იქნება Q = CV = (2) (12 ვოლტი) = +24 კულონი, ხოლო მეორე გამტარი ფირფიტა - -24 კულონი.

გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ფარადი უზარმაზარი ტევადობის ერთეულია, ამიტომ ის ჩვეულებრივ გამოიყენება უფრო მცირე ერთეულად, კერძოდ, მიკროფარადი, შემოკლებით μF (10-6 ^{ფარადი} ) ან პიკოფარადი, შემოკლებით pF (10-12 ^{ფარადი} ). მათემატიკური გამოთვლები იმის საჩვენებლად, რომ ფარადი გიგანტური ერთეულია, განხილულია პარალელური ფირფიტის კონდენსატორის თემაში.