Конденсаторлордун сыйымдуулугун аныктоо
Кичинекей стаканда бир аз суу болушу мүмкүн, ал эми чоң стаканда көбүрөөк суу болушу мүмкүн. Айнектин көлөмү канчалык чоң болсо, ошончолук көп суу батат. Демек, ар бир стакандын сууну батыра тургандай сыйымдуулугу же өлчөмү бар. Айнек сыяктуу эле, конденсаторлор да электр заряддарын жана электр потенциалдык энергиясын сактай алат. Электр зарядын жана электр потенциалдык энергиясын сактоо үчүн конденсатордун сыйымдуулугу сыйымдуулук деп аталат.
Сыйымдуулукка таасир этүүчү факторлор
Стакандын сууну сактоо жөндөмдүүлүгүнүн өлчөмү стакандын көлөмү менен аныкталат. Ал эми конденсаторлор жөнүндө эмне айтууга болот, конденсатордун электр зарядын сактоо жөндөмдүүлүгүнүн өлчөмүн эмне аныктайт?
Капталдагы сүрөттө белгилүү бир аралыкта жайгашкан эки өткөргүчтүү пластиналардан турган жөнөкөй конденсатор көрсөтүлгөн. Батарея сыяктуу чыңалуу булагына туташтыруудан мурун, эки пластина электрдик заряддалбайт. Андан кийин пластиналардын бири батареянын оң уюлуна, ал эми экинчи пластина кабель аркылуу батареянын терс уюлуна туташтырылат.
Батареянын оң уюлуна туташкандан кийин, батареянын оң заряды терс заряддалган электрондорду пластинага тартат, ошентип электрондор батареянын оң уюлуна жылат. Бул пластиналарда электрондордун жетишсиздигине (терс заряд) жана ашыкча протондордун (оң заряд) болушуна алып келет, натыйжада пластиналар оң заряддалат.
Батареянын терс уюлуна туташтырылгандан кийин, пластинадагы оң заряд батареянын терс уюлундагы терс заряддалган электрондорду өзүнө тартып, электрондор пластинага жылат. Бул пластинанын электрондорду ашыкча жүктөшүнө алып келет, натыйжада пластина терс заряддалат. Пластиналар менен батареялардын ортосунда электрондордун жылдыруу процесси эки пластинанын ортосундагы потенциалдар айырмасы эки батарея уюлунун ортосундагы потенциалдар айырмасына барабар болгондон кийин токтойт.
Эки өткөргүч пластинадагы электр зарядын кантип жогорулатса болот? Башкача айтканда, электрондорду батареянын оң уюлуна жана андан өткөрүү үчүн эмне кылуу керек? Электрондордун жылышы эки батареянын уюлунун ортосундагы электрдик потенциалдардын айырмасы эки өткөргүчтүн ортосундагы электрдик потенциалдардын айырмасынан чоң болгондо гана пайда болот. Ар бир өткөргүч пластинасындагы электрдик заряд жогорулашы үчүн, электрон кайрадан кыймылдашы үчүн, колдонулган батарея электрдик потенциалдардын айырмасы чоң болгон башка чыңалуу булагы менен алмаштырылат. Чыңалуу булагындагы потенциалдардын айырмасы конденсатордун потенциалдарынын айырмасына барабар болгондо, электрондордун жылышы токтойт. Демек, эгерде чыңалуу булагындагы потенциалдардын айырмасы чоң болсо, конденсатордун потенциалдарынын айырмасы да чоң болот.
Жогорудагы серептин негизинде, ар бир өткөргүч пластинада сакталган электр заряды канчалык көп болсо, эки өткөргүч пластинанын ортосундагы электрдик потенциалдар айырмасы ошончолук чоң болот деген тыянак чыгарууга болот. Демек, электр заряды (Q) электрдик потенциалдар айырмасына (V) пропорционалдуу. Электр заряды менен электрдик потенциалдар айырмасынын ортосундагы байланыш төмөнкү салыштырууда көрсөтүлөт:
Q α V
Жогорудагы салыштыруулар C туруктуусун кошуу менен теңдемелерге айландырылат:
Q = CV же C = Q / V
Q = электр заряды (Кулон), V = электрдик потенциалдардын айырмасы же чыңалуу (Вольт), C = конденсатордун сыйымдуулугу деп аталган туруктуу чоңдук.
Сыйымдуулуктун мааниси электр зарядына жана электр чыңалуусуна эмес, өткөргүч пластинанын формасына жана өлчөмүнө көз каранды. Сыйымдуулуктун өткөргүч пластинанын формасына жана өлчөмүнө көз каранды экендигинин математикалык далили "Параллель пластиналуу конденсатор" темасына түшүндүрүлөт. Бул темада эки өткөргүчтүн ортосунда вакуум бар деп болжолдонот.
Конденсатордун сыйымдуулугу эки өткөргүч пластинанын ортосундагы материалдын мүнөзүнө да жараша болот. Эки өткөргүч пластинанын ортосундагы материал диэлектрик деп аталат. Диэлектриктер менен жабдылган конденсаторлордун сыйымдуулугу диэлектрик константалары темасына тереңирээк токтолот.
Сыйымдуулуктун бирдиги
Электр зарядынын бирдиги Кулон, ал эми электрдик потенциалдар айырмасынын бирдиги Вольт, ошондуктан бул жогорудагы сыйымдуулук теңдемесине негизделген. Сыйымдуулук бирдиги - Вольтко Кулон (К/В), ал ошондой эле Фарад (Ф) деп аталат, ал британиялык окумуштуу Майкл Фарадейдин (1791-1867) ысмынан келип чыккан. Демек, 1 Фарад = 1 Кулон/Вольт.
Конденсатордун мааниси 2 Фарад деп эсептесек, ал өткөргүч пластиналардын биринде +2 Кулон, ал эми экинчи өткөргүч пластинасында -2 Кулон электр зарядын сактайт. Мында эки өткөргүч пластинанын потенциалдар айырмасы 1 Вольт. Эгерде 12 Вольттук батарея конденсаторго туташтырылган болсо, электр заряддалган өткөргүч пластиналарынын бири Q = CV = (2) (12 Вольт) = +24 Кулон, ал эми экинчи өткөргүч пластинасы -24 Кулон болот.
Фарад чоң сыйымдуулук бирдиги экенин эске алыңыз, ошондуктан ал көбүнчө кичирээк бирдик катары колдонулат, тактап айтканда, микрофарад, кыскартылган μF (10 -6 Фарад ) же пикофарад, кыскартылган pF (10 -12 Фарад). Фараддын гигант бирдик экенин көрсөтүү үчүн математикалык эсептөөлөр параллель пластиналуу конденсатор темасында талкууланат.
