Definicija kapacitivnosti kondenzatorjev
Majhen kozarec lahko vsebuje malo vode, velik kozarec pa več vode. Večja kot je prostornina stekla, več vode lahko vsebuje. Torej ima vsak kozarec določeno prostornino oziroma velikost, ki jo lahko sprejme. Tako kot steklo lahko tudi kondenzatorji shranjujejo električne naboje in električno potencialno energijo. Kondenzator Zmožnost shranjevanja električnega naboja in električne potencialne energije se imenuje kapacitivnost.
Dejavniki, ki vplivajo na kapacitivnost
Velikost sposobnosti stekla, da zadrži vodo, je določena z volumnom stekla. Kaj pa kondenzatorji, kaj določa velikost sposobnosti kondenzatorja, da shrani električni naboj?
Slika ob strani prikazuje preprost kondenzator, sestavljen iz dveh prevodnih plošč, ki sta med seboj oddaljeni na določeni razdalji. Pred priključitvijo na vir napetosti, kot je baterija, plošči nista električno nabiti. Nato se ena od plošč s kablom priključi na pozitivni pol baterije, druga pa na negativni pol baterije.
Po priključitvi na pozitivni pol baterije pozitivni naboj na bateriji pritegne negativno nabite elektrone na ploščo, tako da se elektroni premaknejo na pozitivni pol baterije. Zaradi tega ploščam primanjkuje elektronov (negativni naboj) in presežek protonov (pozitivni naboj), tako da plošče postanejo pozitivno nabite.
Ko je pozitivni naboj na plošči priključen na negativni pol baterije, privlači negativno nabite elektrone na negativnem polu baterije, tako da se elektroni premaknejo na ploščo. To povzroči, da plošča preobremeni elektrone, tako da se plošča negativno nabije. Proces premikanja elektronov med ploščama in baterijami se ustavi, ko je potencialna razlika med ploščama enaka potencialni razliki med poloma baterije.
Kako povečamo električni naboj na obeh prevodnih ploščah? Z drugimi besedami, kaj je treba storiti za prenos elektronov na in z pozitivnega pola baterije? Premik elektronov se pojavi le, ko je električna potencialna razlika med obema poloma baterije večja od električne potencialne razlike med obema prevodnikoma. Da se elektron ponovno premakne in se električni naboj v vsaki prevodni plošči poveča, se uporabljena baterija nadomesti z drugim virom napetosti, ki ima večjo električno potencialno razliko. Premik elektronov se ustavi, ko je potencialna razlika v viru napetosti enaka potencialni razliki kondenzatorja. Če je torej potencialna razlika v viru napetosti večja od , je večja tudi potencialna razlika kondenzatorja.
Na podlagi zgornjega pregleda lahko sklepamo, da večji kot je električni naboj, shranjen v vsaki prevodni plošči, večja je električna potencialna razlika med obema prevodnima ploščama. Električni naboj (Q) je torej sorazmeren z električno potencialno razliko (V). Razmerje med električnim nabojem in električno potencialno razliko je prikazano v naslednji primerjavi:
Q α V
Zgornje primerjave pretvorimo v enačbe z dodajanjem konstante C:
Q = CV ali C = Q / V
Q = električni naboj (Coulomb), V = električna potencialna razlika ali napetost (V), C = konstanta, ki se imenuje kapacitivnost kondenzatorja.
Vrednost kapacitivnosti ni odvisna od električnega naboja in električne napetosti, temveč od oblike in velikosti prevodne plošče. Matematični dokaz, da je kapacitivnost odvisna od oblike in velikosti prevodne plošče, je pojasnjen v temi o ploščatem kondenzatorju. V temi se predpostavlja, da je med dvema prevodnikoma vakuum.
Kapaciteta kondenzatorja je odvisna tudi od narave materiala, ki je med prevodnima ploščama. Material, ki je med prevodnima ploščama, se imenuje dielektrik. Kapaciteta kondenzatorjev, ki imajo dielektrike, je podrobneje obravnavana v temi ... dielektrične konstante.
Enota kapacitivnosti
Enota za električni naboj je Coulomb, enota za električno potencialno razliko pa Volt, kar temelji na zgornji enačbi kapacitivnosti. Enota za kapacitivnost je Coulomb na volt (C/V), imenovana tudi Farad (F), kar izhaja iz imena britanskega znanstvenika Michaela Faradaya (1791–1867). Torej je 1 Farad = 1 Coulomb/Volt.
Predpostavimo, da kondenzator z vrednostjo 2 Farada pomeni, da shranjuje električni naboj +2 Coulombov na eni od prevodnih plošč in -2 Coulombov na drugi. Pri čemer imata dve prevodni plošči potencialno razliko 1 Volt. Če je na kondenzator priključena 12-voltna baterija, je ena od električno nabitih prevodnih plošč Q = CV = (2) (12 V) = +24 Coulombov, druga prevodna plošča pa -24 Coulombov.
Upoštevajte, da je farad ogromna enota za kapacitivnost, zato se običajno uporablja kot manjša enota, in sicer mikrofarad, skrajšano μF (10-6 Farad) ali pikofarad, skrajšano pF (10-12 Farad). Matematični izračuni, ki kažejo, da je Farad velikanska enota, obravnavani v temi o ploščatem kondenzatorju.
