Razumevanje kapacitivnosti
Majhen kozarec lahko sprejme majhno količino pitne vode, medtem ko velik kozarec lahko sprejme več. Večji kot je kozarec, več vode lahko sprejme. Vsak kozarec ima torej prostornino oziroma mero svoje sposobnosti zadrževanja vode. Tako kot kozarci imajo tudi kondenzatorji prostornino oziroma mero svoje sposobnosti zadrževanja vode. Kapaciteta kondenzatorja oziroma mera njegove sposobnosti shranjevanja električnega naboja in električne potencialne energije se imenuje kapacitivnost.
Dejavniki, ki vplivajo na kapacitivnost
Velikost kapacitete kozarca za zadrževanje vode je določena z njegovo prostornino. Kaj pa kondenzatorji? Kaj določa velikost kapacitete kondenzatorja za shranjevanje električnega naboja?
Spodnja slika prikazuje preprost kondenzator, sestavljen iz dveh prevodnih plošč, ki sta med seboj oddaljeni na določeni razdalji. Preden se priključi na vir napetosti, kot je baterija, sta obe plošči izpraznjeni. Nato se ena plošča z žicami priključi na pozitivni pol baterije, druga pa na negativni pol.
Ko je pozitiven naboj priključen na pozitivni pol baterije, privlači negativno nabite elektrone na plošči, zaradi česar se premaknejo na pozitivni pol baterije. To povzroči, da ima plošča pomanjkanje elektronov (negativni naboj) in presežek protonov (pozitivni naboj), kar ima za posledico pozitivni naboj.
Podobno po priključitvi plošče na negativni pol baterije pozitivni naboj na plošči privlači negativno nabite elektrone na negativnem polu baterije, zaradi česar se elektroni premaknejo na ploščo. To povzroči, da ima plošča presežek elektronov, zaradi česar je negativno nabita.
Proces prenosa elektronov med ploščama in baterijo se ustavi, ko je potencialna razlika med ploščama enaka potencialni razliki med poloma baterije.
Kako se lahko električni naboj na obeh prevodnih ploščah poveča? Z drugimi besedami, kaj je treba storiti, da se prenos elektronov ponovno sproži? Prenos elektronov se zgodi le, ko je električna potencialna razlika med poloma baterije večja od električne potencialne razlike med prevodnima ploščama. Da se prenos elektronov ponovno zgodi in se električni naboj na vsaki prevodni plošči poveča, se uporabljena baterija zamenja z drugo baterijo ali drugim virom napetosti, ki ima večjo električno potencialno razliko. Prenos elektronov se ustavi, ko je potencialna razlika vira napetosti enaka potencialni razliki kondenzatorja, zato je, če je potencialna razlika vira napetosti večja, večja tudi potencialna razlika kondenzatorja.
Na podlagi zgornjega pregleda lahko sklepamo, da večji kot je električni naboj, shranjen na vsaki prevodni plošči, večja je električna potencialna razlika med obema prevodnima ploščama. Zato je električni naboj (Q) sorazmeren z električno potencialno razliko (V). Razmerje med električnim nabojem in električno potencialno razliko je izraženo z naslednjo sorazmernostjo:
QαV
Zgornjo sorazmernost pretvorimo v enačbo tako, da dodamo konstanto sorazmernosti C:
Q = CV ali C = Q / V
Opis: Q = električni naboj (Coulomb), V = električna potencialna razlika ali električna napetost (Volt), C = konstanta sorazmernosti, ki se imenuje kapacitivnost kondenzatorja.
Vrednost kapacitivnosti ni odvisna od električnega naboja in napetosti, temveč od oblike in velikosti prevodne plošče. Matematični dokaz, da je kapacitivnost odvisna od oblike in velikosti prevodne plošče, je pojasnjen v članku o vrstah kondenzatorjev glede na obliko prevodne plošče, in sicer ploščati kondenzator, valjasti kondenzator dan sferični kondenzatorV tem članku se predpostavlja, da je med obema prevodnima deloma vakuum.
Kapaciteta kondenzatorja je odvisna tudi od lastnosti materiala med prevodnima ploščama. Material med prevodnima ploščama se imenuje dielektričniKapaciteta kondenzatorja z dielektrikom je podrobno obravnavana v članku o dielektrična konstanta.
Enota kapacitivnosti
Enota za električni naboj je Coulomb, enota za električno potencialno razliko pa volt, zato je na podlagi zgornje enačbe za kapacitivnost enota za kapacitivnost Coulomb na volt (C/V), imenovana tudi Farad (F), ki izhaja iz imena britanskega znanstvenika Michaela Faradaya (1791–1867). Torej je 1 Farad = 1 Coulomb/Volt.
Na primer, kondenzator ima vrednost 2 farada, kar pomeni, da kondenzator shranjuje električni naboj +2 kulona na eni od prevodnih plošč in -2 kulona na drugi prevodni plošči, kjer imata obe prevodni plošči potencialno razliko 1 volt. Če je na kondenzator priključena 12-voltna baterija, bo ena od prevodnih plošč imela električni naboj Q = CV = (2)(12 voltov) = +24 kulonov, druga prevodna plošča pa bo imela naboj -24 kulonov.
Treba je opozoriti, da je Farad zelo velika enota za kapacitivnost, zato se običajno uporablja manjša enota, in sicer mikroFarad, skrajšano μF (10-6 Farad) v pikoFarad, skrajšano pF (10-12 Farad). Matematični izračuni, ki kažejo, da je farad zelo velika enota, so obravnavani v primer vprašanj o ploščatih kondenzatorjih.
