Kuptimi i kapacitetit
Një gotë e vogël mund të mbajë një sasi të vogël uji, ndërsa një gotë e madhe mund të mbajë më shumë. Sa më e madhe të jetë gota, aq më shumë ujë mund të mbajë. Pra, çdo gotë ka një kapacitet, ose masë të kapacitetit të saj mbajtës të ujit. Ashtu si gotat, kondensatorët kanë gjithashtu aftësinë për të ruajtur ngarkesë elektrike dhe energji potenciale elektrike. Kapaciteti i një kondensatori, ose masa e aftësisë së tij për të ruajtur ngarkesë elektrike dhe energji potenciale elektrike, quhet kapacitet.
Faktorët që ndikojnë në kapacitet
Madhësia e kapacitetit të një gote për të mbajtur ujë përcaktohet nga vëllimi i saj. Po kondensatorët? Çfarë përcakton madhësinë e kapacitetit të një kondensatori për të ruajtur një ngarkesë elektrike?
Figura më poshtë tregon një kondensator të thjeshtë që përbëhet nga dy pllaka përçuese të ndara nga një distancë e caktuar. Përpara se të lidhen me një burim tensioni, siç është një bateri, të dyja pllakat shkarkohen. Pastaj, njëra pllakë lidhet me terminalin pozitiv të baterisë dhe tjetra me terminalin negativ duke përdorur tela.
Pasi lidhet me terminalin pozitiv të baterisë, ngarkesa pozitive në bateri tërheq elektronet e ngarkuara negativisht në pllakë, duke bërë që ato të lëvizin drejt terminalit pozitiv të baterisë. Kjo bën që pllaka të ketë mungesë elektronesh (ngarkesë negative) dhe tepricë protonesh (ngarkesë pozitive), duke rezultuar në një ngarkesë pozitive.
Në mënyrë të ngjashme, pas lidhjes së pllakës me terminalin negativ të baterisë, ngarkesa pozitive në pllakë tërheq elektronet e ngarkuara negativisht në terminalin negativ të baterisë, duke bërë që elektronet të lëvizin drejt pllakës. Kjo bën që pllaka të ketë një tepricë elektronesh, duke e bërë atë të ngarkuar negativisht.
Procesi i transferimit të elektroneve midis pllakave dhe baterisë ndalet pasi diferenca e potencialit midis dy pllakave është e barabartë me diferencën e potencialit midis dy poleve të baterisë.
Si mund të rritet ngarkesa elektrike në të dy pllakat përçuese? Me fjalë të tjera, çfarë duhet bërë për të shkaktuar përsëri transferimin e elektroneve? Transferimi i elektroneve ndodh vetëm kur diferenca e potencialit elektrik midis dy poleve të baterisë është më e madhe se diferenca e potencialit elektrik midis dy pllakave përçuese. Në mënyrë që transferimi i elektroneve të ndodhë përsëri në mënyrë që ngarkesa elektrike në secilën pllakë përçuese të rritet, bateria e përdorur zëvendësohet me një bateri tjetër ose një burim tjetër tensioni që ka një diferencë më të madhe të potencialit elektrik. Transferimi i elektroneve ndalet kur diferenca e potencialit të burimit të tensionit është e barabartë me diferencën e potencialit të kondensatorit, prandaj nëse diferenca e potencialit të burimit të tensionit është më e madhe, diferenca e potencialit të kondensatorit është gjithashtu më e madhe.
Bazuar në shqyrtimin e mësipërm, mund të konkludohet se sa më e madhe të jetë ngarkesa elektrike e ruajtur në secilën pllakë përçuese, aq më i madh është ndryshimi i potencialit elektrik midis dy pllakave përçuese. Prandaj, ngarkesa elektrike (Q) është proporcionale me ndryshimin e potencialit elektrik (V). Marrëdhënia midis ngarkesës elektrike dhe ndryshimit të potencialit elektrik shprehet në proporcionalitetin e mëposhtëm:
Q α V
Proporcionaliteti i mësipërm shndërrohet në një ekuacion duke shtuar konstanten e proporcionalitetit C:
Q = CV ose C = Q / V
Përshkrim: Q = ngarkesa elektrike (Kulomb), V = diferenca e potencialit elektrik ose tensioni elektrik (Volt), C = konstanta e proporcionalitetit, e cila quhet kapaciteti i kondensatorit.
Vlera e kapacitetit nuk varet nga ngarkesa elektrike dhe voltazhi, por varet nga forma dhe madhësia e pllakave të përçuesit. Prova matematikore që kapaciteti varet nga forma dhe madhësia e pllakave të përçuesit shpjegohet në artikullin rreth llojeve të kondensatorëve bazuar në formën e pllakave të përçuesit, përkatësisht kondensatorë me pllaka paralele , kondensatorë cilindrikë dhe kondensatorë sferikë . Në artikull, supozohet se ekziston një vakum midis dy pllakave të përçuesit.
Kapaciteti i një kondensatori varet gjithashtu nga vetitë e materialit midis dy pllakave përçuese. Materiali midis dy pllakave përçuese quhet dielektrik . Kapaciteti i një kondensatori me një dielektrik diskutohet në detaje në artikullin mbi konstanten dielektrike.
Njësia e kapacitetit
Njësia e ngarkesës elektrike është Kulombi dhe njësia e ndryshimit të potencialit elektrik është Volti, kështu që bazuar në ekuacionin e kapacitetit më sipër, njësia e kapacitetit është Kulombi për Volt (C/V), i quajtur edhe Farad (F) që vjen nga emri i shkencëtarit britanik Michael Faraday (1791-1867). Pra, 1 Farad = 1 Kulombi/Volt.
Për shembull, një kondensator ka një vlerë prej 2 Faradësh, që do të thotë se kondensatori ruan një ngarkesë elektrike prej +2 Kulombësh në njërën nga pllakat përçuese dhe -2 Kulombësh në pllakën tjetër përçuese, ku dy pllakat përçuese kanë një ndryshim potencial prej 1 Volt. Nëse një bateri 12 Volt është e lidhur me kondensatorin, njëra nga pllakat përçuese do të ketë një ngarkesë elektrike prej Q = CV = (2)(12 Volt) = +24 Kulombësh, ndërsa pllaka tjetër përçuese do të ketë një ngarkesë prej -24 Kulombësh.
Duhet theksuar se Faradi është një njësi shumë e madhe e kapacitetit, kështu që zakonisht përdoren njësi më të vogla, përkatësisht microFarad i shkurtuar μF (10-6 Farad ) në picoFarad i shkurtuar pF (10-12 Farad ). Llogaritjet matematikore për të treguar se Faradi është një njësi shumë e madhe diskutohen në shembullin e një kondensatori me pllakë paralele.
