Багтаамжийг ойлгох
Жижиг шилэн аяга бага хэмжээний ус багтааж чаддаг бол том шилэн аяга илүү ихийг багтааж чадна. Шилэн аяга том байх тусам илүү их ус багтааж чадна. Тиймээс шил бүр нь багтаамж буюу ус багтаах чадварын хэмжүүртэй байдаг. Шилний нэгэн адил конденсаторууд нь цахилгаан цэнэг болон цахилгаан потенциал энергийг хадгалах чадвартай байдаг. Конденсаторын багтаамж буюу цахилгаан цэнэг болон цахилгаан потенциал энергийг хадгалах чадварын хэмжүүрийг багтаамж гэж нэрлэдэг.
Багтаамжид нөлөөлөх хүчин зүйлс
Шилэн савны ус багтаах багтаамжийн хэмжээг түүний эзэлхүүнээр тодорхойлно. Конденсаторын талаар юу хэлэх вэ? Цахилгаан цэнэгийг хадгалах багтаамжийн хэмжээг юу тодорхойлдог вэ?
Доорх зурагт тодорхой зайд тусгаарлагдсан хоёр дамжуулагч хавтангаас бүрдэх энгийн конденсаторыг харуулав. Батерей гэх мэт хүчдэлийн эх үүсвэрт холбогдохоос өмнө хоёр хавтанг цэнэггүйжүүлдэг. Дараа нь нэг хавтанг батерейны эерэг терминалд, нөгөө хавтанг утсаар сөрөг терминалд холбодог.
Батерейны эерэг терминалд холбогдсоны дараа батерей дахь эерэг цэнэг нь хавтан дээрх сөрөг цэнэгтэй электронуудыг татаж, тэдгээрийг батерейны эерэг терминал руу шилжүүлэхэд хүргэдэг. Энэ нь хавтан дээр электрон дутагдал (сөрөг цэнэг) болон протоны илүүдэл (эерэг цэнэг) үүсгэж, эерэг цэнэг үүсгэдэг.
Үүнтэй адилаар, хавтанг батерейны сөрөг терминалд холбосны дараа хавтан дээрх эерэг цэнэг нь батерейны сөрөг терминал дээрх сөрөг цэнэгтэй электронуудыг татаж, электронууд хавтан руу шилжихэд хүргэдэг. Энэ нь хавтан дээр илүүдэл электрон агуулагдаж, сөрөг цэнэгтэй болгодог.
Хоёр хавтангийн хоорондох потенциалын зөрүү нь батерейны хоёр туйлын хоорондох потенциалын зөрүүтэй тэнцүү болсны дараа ялтсууд болон батерейны хоорондох электрон дамжуулалтын процесс зогсдог.
Хоёр дамжуулагч хавтан дээрх цахилгаан цэнэг хэрхэн нэмэгдэж болох вэ? Өөрөөр хэлбэл, электрон дамжуулалтыг дахин үүсгэхийн тулд юу хийх ёстой вэ? Батерейны хоёр туйлын хоорондох цахилгаан потенциалын зөрүү нь хоёр дамжуулагч хавтангийн хоорондох цахилгаан потенциалын зөрүүнээс их байх үед электрон дамжуулалт явагддаг. Электрон дамжуулалт дахин явагдаж, дамжуулагч хавтан бүрийн цахилгаан цэнэг нэмэгдэхийн тулд ашигласан батерейг өөр батерей эсвэл цахилгаан потенциалын зөрүү ихтэй өөр хүчдэлийн эх үүсвэрээр солино. Хүчдэлийн эх үүсвэрийн потенциалын зөрүү нь конденсаторын потенциалын зөрүүтэй тэнцүү үед электрон дамжуулалт зогсдог тул хүчдэлийн эх үүсвэрийн потенциалын зөрүү их байвал конденсаторын потенциалын зөрүү ч бас их байна.
Дээрх тойм дээр үндэслэн дамжуулагч хавтан бүр дээр хадгалагдсан цахилгаан цэнэг их байх тусам хоёр дамжуулагч хавтангийн хоорондох цахилгаан потенциалын зөрүү их байна гэж дүгнэж болно. Тиймээс цахилгаан цэнэг (Q) нь цахилгаан потенциалын зөрүүтэй (V) пропорциональ байна. Цахилгаан цэнэг ба цахилгаан потенциалын зөрүүний хоорондын хамаарлыг дараах пропорциональ байдлаар илэрхийлнэ.
Q α V
Дээрх пропорционал байдлыг пропорционалын тогтмол C-г нэмж тэгшитгэл болгон хувиргана:
Q = CV эсвэл C = Q / V
Тайлбар: Q = цахилгаан цэнэг (Кулон), V = цахилгаан потенциалын зөрүү буюу цахилгаан хүчдэл (Вольт), C = пропорциональ тогтмол бөгөөд үүнийг конденсаторын багтаамж гэж нэрлэдэг.
Багтаамжийн утга нь цахилгаан цэнэг болон хүчдэлээс хамаардаггүй, харин дамжуулагч хавтангийн хэлбэр, хэмжээнээс хамаардаг. Багтаамж нь дамжуулагч хавтангийн хэлбэр, хэмжээнээс хамаардаг гэсэн математикийн нотолгоог дамжуулагч хавтангийн хэлбэрт суурилсан конденсаторын төрлүүд болох зэрэгцээ хавтан конденсатор , цилиндр конденсатор , бөмбөрцөг конденсаторын тухай өгүүлэлд тайлбарласан болно . Өгүүлэлд хоёр дамжуулагч хавтангийн хооронд вакуум байгаа гэж үзсэн.
Конденсаторын багтаамж нь хоёр дамжуулагч хавтангийн хоорондох материалын шинж чанараас хамаарна. Хоёр дамжуулагч хавтангийн хоорондох материалыг диэлектрик гэж нэрлэдэг. Диэлектриктэй конденсаторын багтаамжийг диэлектрик тогтмол гэсэн өгүүлэлд гүнзгийрүүлэн авч үзсэн болно.
Багтаамжийн нэгж
Цахилгаан цэнэгийн нэгж нь Кулон, цахилгаан потенциалын зөрүүний нэгж нь Вольт тул дээрх багтаамжийн тэгшитгэл дээр үндэслэн багтаамжийн нэгж нь Вольт тутамд Кулон (C/V) бөгөөд үүнийг мөн Фарад (F) гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь Британийн эрдэмтэн Майкл Фарадей (1791-1867)-ийн нэрнээс гаралтай. Тиймээс 1 Фарад = 1 Кулон/Вольт.
Жишээлбэл, конденсатор нь 2 Фарадын утгатай, өөрөөр хэлбэл конденсатор нь дамжуулагчийн нэг хавтан дээр +2 Кулон, нөгөө дамжуулагчийн хавтан дээр -2 Кулон цахилгаан цэнэг хадгалдаг бөгөөд хоёр дамжуулагчийн хавтан нь 1 Вольтын потенциалын зөрүүтэй байдаг. Хэрэв 12 вольтын батерейг конденсаторт холбосон бол дамжуулагчийн нэг хавтан нь Q = CV = (2)(12 Вольт) = +24 Кулон цахилгаан цэнэгтэй байх бол нөгөө дамжуулагчийн хавтан нь -24 Кулон цэнэгтэй байх болно.
Фарад нь багтаамжийн маш том нэгж тул ихэвчлэн жижиг нэгжүүдийг ашигладаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй, тухайлбал microFarad буюу μF (10 -6 Farad) буюу picoFarad буюу pF (10 -12 Farad) гэсэн үг. Фарад нь маш том нэгж гэдгийг харуулах математикийн тооцооллыг зэрэгцээ хавтантай конденсаторын жишээн дээр авч үзсэн болно.
