Definícia kapacity kondenzátorov
Malý pohár môže obsahovať trochu vody, zatiaľ čo veľký pohár môže obsahovať viac vody. Čím väčší je objem skla, tým viac vody sa doň zmestí. Každý pohár má teda kapacitu alebo veľkosť, ktorá mu umožňuje udržať vodu. Rovnako ako sklo, aj kondenzátory dokážu ukladať elektrické náboje a elektrickú potenciálnu energiu. Kapacita kondenzátora na ukladanie elektrického náboja a elektrickej potenciálnej energie sa nazýva kapacita.
Faktory ovplyvňujúce kapacitu
Veľkosť schopnosti skla zadržať vodu je určená objemom skla. A čo kondenzátory, čo určuje veľkosť schopnosti kondenzátora ukladať elektrický náboj?
Obrázok na boku zobrazuje jednoduchý kondenzátor pozostávajúci z dvoch vodičových dosiek oddelených určitou vzdialenosťou. Pred pripojením k zdroju napätia, napríklad k batérii, nie sú tieto dve dosky elektricky nabité. Potom sa jedna z dosiek pripojí ku kladnému pólu batérie a druhá doska sa pripojí k zápornému pólu batérie pomocou kábla.
Po pripojení ku kladnému pólu batérie kladný náboj na batérii pritiahne záporne nabité elektróny na dosku, takže elektróny sa presunú ku kladnému pólu batérie. To spôsobí, že na doskách chýbajú elektróny (záporný náboj) a nadbytok protónov (kladný náboj), takže sa dosky nabijú kladne.
Po pripojení k zápornému pólu batérie kladný náboj na doske priťahuje záporne nabité elektróny na zápornom póle batérie, takže elektróny sa presunú k doske. To spôsobí, že doska sa preťaží elektrónmi, takže sa doska nabije záporne. Proces pohybu elektrónov medzi doskami a batériami sa zastaví, keď sa rozdiel potenciálov medzi oboma doskami vyrovná rozdielu potenciálov medzi oboma pólmi batérie.
Ako zvýšite elektrický náboj na oboch vodičových doskách? Inými slovami, čo treba urobiť pre prenos elektrónov na kladný pól batérie a z neho? K posunu elektrónov dochádza iba vtedy, keď je rozdiel elektrických potenciálov medzi dvoma pólmi batérie väčší ako rozdiel elektrických potenciálov medzi dvoma vodičmi. Aby sa elektrón opäť pohol a zvýšil sa elektrický náboj v každej vodičovej doske, použitá batéria sa nahradí iným zdrojom napätia, ktorý má väčší rozdiel elektrických potenciálov. Posun elektrónov sa zastaví, keď sa rozdiel potenciálov v zdroji napätia rovná rozdielu potenciálov kondenzátora. Preto, ak je rozdiel potenciálov v zdroji napätia väčší ako , rozdiel potenciálov kondenzátora je tiež väčší.
Na základe vyššie uvedeného prehľadu možno vyvodiť záver, že čím väčší je elektrický náboj uložený v každej vodivej doske, tým väčší je rozdiel elektrického potenciálu medzi týmito dvoma vodivými doskami. Elektrický náboj (Q) je teda úmerný rozdielu elektrického potenciálu (V). Vzťah medzi elektrickým nábojom a rozdielom elektrického potenciálu je uvedený v nasledujúcom porovnaní:
Q α V
Vyššie uvedené porovnania sa prevedú do rovníc pridaním konštanty C:
Q = CV alebo C = Q / V
Q = elektrický náboj (Coulomb), V = rozdiel elektrického potenciálu alebo napätie (V), C = konštanta, ktorá sa nazýva kapacita kondenzátora.
Hodnota kapacity nezávisí od elektrického náboja a elektrického napätia, ale závisí od tvaru a veľkosti vodivej dosky. Matematický dôkaz, že kapacita závisí od tvaru a veľkosti vodivej dosky, je vysvetlený v téme o doskovom kondenzátore. V téme sa predpokladá, že medzi dvoma vodičmi je vákuum.
Kapacita kondenzátora závisí aj od povahy materiálu, ktorý sa nachádza medzi dvoma vodivými doskami. Materiál, ktorý sa nachádza medzi dvoma vodivými doskami, sa nazýva dielektrikum. Kapacita kondenzátorov, ktoré majú dielektrikum, je podrobne rozobratá v téme dielektrické konštanty.
Jednotka kapacity
Jednotkou elektrického náboja je Coulomb a jednotkou rozdielu elektrického potenciálu je Volt, takže to vychádza z vyššie uvedenej rovnice kapacity. Jednotkou kapacity je Coulomb na volt (C/V), nazývaný aj Farad (F), čo pochádza z mena britského vedca Michaela Faradaya (1791-1867). Takže 1 Farad = 1 Coulomb/Volt.
Predpokladajme, že kondenzátor s hodnotou 2 Farad znamená, že kondenzátor ukladá elektrický náboj +2 Coulombov na jednej z vodivých dosiek a -2 Coulombov na druhej vodivej doske. Pritom dve vodivé dosky majú potenciálový rozdiel 1 Volt. Ak je ku kondenzátoru pripojená 12-voltová batéria, jedna z elektricky nabitých vodivých dosiek má Q = CV = (2) (12 Voltov) = +24 Coulombov, zatiaľ čo druhá vodivá doska má -24 Coulombov.
Upozorňujeme, že Farad je jednotka s veľkou kapacitou, takže sa zvyčajne používa ako menšia jednotka, konkrétne mikrofarad, skrátene μF (10-6 elektromagnetická jednotka) alebo pikofarad, skrátene pF (10-12 Farad). Matematické výpočty ukazujúce, že Farad je obrovská jednotka, o ktorých sa hovorí v téme o doskovom kondenzátore.
