Definiția capacității condensatoarelor
Un pahar mic poate conține puțină apă, în timp ce un pahar mare poate conține mai multă apă. Cu cât volumul de sticlă este mai mare, cu atât poate conține mai multă apă. Deci, fiecare pahar are capacitatea sau dimensiunea abilității de a conține apă. La fel ca sticla, condensatoarele pot stoca, de asemenea, sarcini electrice și energia potențială electrică. Capacitatea condensatorului de a stoca sarcina electrică și energia potențială electrică se numește capacitate.
Factorii care afectează capacitatea
Capacitatea sticlei de a conține apă este determinată de volumul sticlei. Dar condensatoarele, ce determină capacitatea condensatorului de a stoca sarcina electrică?
Figura din lateral prezintă un condensator simplu format din două plăci conductoare separate de o anumită distanță. Înainte de conectarea la o sursă de tensiune, cum ar fi o baterie, cele două plăci nu sunt încărcate electric. Apoi, una dintre plăci este conectată la polul pozitiv al bateriei, iar cealaltă placă este conectată la polul negativ al bateriei folosind un cablu.
După conectarea la polul pozitiv al bateriei, sarcina pozitivă a bateriei atrage electroni încărcați negativ pe placă, astfel încât electronii se deplasează către polul pozitiv al bateriei. Acest lucru face ca plăcile să aibă lipsă de electroni (sarcină negativă) și un exces de protoni (sarcină pozitivă), astfel încât plăcile devin încărcate pozitiv.
După conectarea la polul negativ al bateriei, sarcina pozitivă de pe placă atrage electroni încărcați negativ pe polul negativ al bateriei, astfel încât electronii se deplasează către placă. Acest lucru face ca placa să supraîncarce electronii, astfel încât placa devine încărcată negativ. Procesul de deplasare a electronilor între plăci și baterii se oprește după ce diferența de potențial dintre cele două plăci este egală cu diferența de potențial dintre cei doi poli ai bateriei.
Cum crești sarcina electrică pe ambele plăci conductoare? Cu alte cuvinte, ce ar trebui făcut pentru a transfera electroni către și de la polul pozitiv al bateriei? Deplasarea electronilor are loc numai atunci când diferența de potențial electric dintre cei doi poli ai bateriei este mai mare decât diferența de potențial electric dintre cei doi conductori. Pentru ca electronul să se miște din nou, astfel încât sarcina electrică din fiecare placă conductoare să crească, bateria utilizată este înlocuită cu o altă sursă de tensiune care are o diferență de potențial electric mai mare. Deplasarea electronilor se oprește atunci când diferența de potențial din sursa de tensiune este egală cu diferența de potențial a condensatorului. Prin urmare, dacă diferența de potențial din sursa de tensiune este mai mare decât , diferența de potențial a condensatorului este, de asemenea, mai mare.
Pe baza celor de mai sus, se poate concluziona că, cu cât sarcina electrică stocată în fiecare placă conductoare este mai mare, cu atât diferența de potențial electric dintre cele două plăci conductoare este mai mare. Așadar, sarcina electrică (Q) este proporțională cu diferența de potențial electric (V). Relația dintre o sarcină electrică și o diferență de potențial electric este prezentată în următoarea comparație:
Q α V
Comparațiile de mai sus sunt convertite în ecuații prin adăugarea constantei C:
Q = CV sau C = Q / V
Q = sarcină electrică (Coulomb), V = diferență de potențial electric sau tensiune (Volt), C = constantă care se numește capacitate condensator.
Valoarea capacității nu depinde de sarcina electrică și de tensiunea electrică, ci depinde de forma și dimensiunea plăcii conductoare. Dovada matematică a faptului că capacitatea depinde de forma și dimensiunea plăcii conductoare este explicată în subiectul condensatorului cu plăci paralele. În acest subiect, se presupune că între cei doi conductori există vid.
Capacitatea unui condensator depinde și de natura materialului care se află între cele două plăci conductoare. Materialul care se află între cele două plăci conductoare se numește dielectric. Capacitatea condensatoarelor care au dielectrici este discutată în detaliu în subiectul constantelor dielectrice.
Unitatea de capacitate
Unitatea de măsură a sarcinii electrice este Coulomb, iar unitatea de măsură a diferenței de potențial electric este Voltul, deci aceasta se bazează pe ecuația capacității de mai sus. Unitatea de măsură a capacității este Coulomb per Volt (C/V), numit și Farad (F), care provine de la numele omului de știință britanic Michael Faraday (1791-1867). Deci, 1 Farad = 1 Coulomb/Volt.
Presupunem că un condensator cu o valoare de 2 Farad înseamnă că acesta stochează o sarcină electrică de +2 Coulombs pe una dintre plăcile conductoare și de -2 Coulombs pe cealaltă placă conductoare. Unde cele două plăci conductoare au o diferență de potențial de 1 Volt. Dacă bateria de 12 Volți este conectată la condensator, una dintre plăcile conductoare încărcate electric este Q = CV = (2) (12 Volți) = +24 Coulomb, în timp ce cealaltă placă conductoare este -24 Coulomb.
Vă rugăm să rețineți că Farad este o unitate de măsură a capacității uriașe, așa că este de obicei utilizat ca o unitate mai mică, și anume microfarad, abreviat ca μF (10⁻⁶ Farad ) sau picofarad, abreviat ca pF (10⁻¹² Farad ). Calcule matematice pentru a demonstra că Farad este o unitate gigantică, discutate în subiectul condensatorului cu plăci paralele.
