Ufafanuzi wa Uwezo wa capacitors
Kioo kidogo kinaweza kuwa na maji kidogo, huku kioo kikubwa kikiwa na maji zaidi. Kiasi cha kioo kikiwa kikubwa, ndivyo maji mengi yanavyoweza kuwa na maji. Kwa hivyo, kila kioo kina uwezo au ukubwa wa uwezo wa kubeba maji. Kama kioo, vipokezi pia vinaweza kuhifadhi chaji za umeme na nishati ya umeme. Uwezo wa kipokezi cha kuhifadhi chaji ya umeme na nishati ya umeme huitwa capacitance.
Mambo yanayoathiri uwezo
Ukubwa wa uwezo wa kioo kushikilia maji huamuliwa na ujazo wa kioo. Vipi kuhusu vipokezi, ni nini huamua ukubwa wa uwezo wa kipokezi kuhifadhi chaji ya umeme?
Mchoro ulio pembeni unaonyesha kipaza sauti rahisi chenye sahani za kondakta mbili zilizotenganishwa na umbali fulani. Kabla ya kuunganisha kwenye chanzo cha volteji, kama vile betri, sahani hizo mbili hazijachajiwa kwa umeme. Kisha moja ya sahani huunganishwa kwenye nguzo chanya ya betri na sahani nyingine huunganishwa kwenye nguzo hasi ya betri kwa kutumia kebo.
Baada ya kuunganishwa na nguzo chanya ya betri, chaji chanya kwenye betri huvuta elektroni zenye chaji hasi kwenye bamba ili elektroni zisogee kwenye nguzo chanya ya betri. Hii husababisha bamba kukosa elektroni (chaji hasi) na protoni nyingi (chaji chanya) ili bamba ziwe na chaji chanya.
Baada ya kuunganishwa na nguzo hasi ya betri, chaji chanya kwenye bamba huvutia elektroni zenye chaji hasi kwenye nguzo hasi ya betri ili elektroni zisogee kwenye bamba. Hii husababisha bamba kuzizidisha elektroni ili bamba liwe na chaji hasi. Mchakato wa kusogeza elektroni kati ya bamba na betri husimama baada ya tofauti inayowezekana kati ya bamba hizo mbili kuwa sawa na tofauti inayowezekana kati ya nguzo mbili za betri.
Unawezaje kuongeza chaji ya umeme kwenye bamba zote mbili za kondakta? Kwa maneno mengine, ni nini kifanyike ili kuhamisha elektroni kwenda na kutoka kwenye nguzo chanya ya betri? Kuhama kwa elektroni hutokea tu wakati tofauti ya uwezo wa umeme kati ya nguzo mbili za betri ni kubwa kuliko tofauti ya uwezo wa umeme kati ya kondakta hizo mbili. Ili elektroni isonge tena ili chaji ya umeme katika kila bamba la kondakta iongezeke, betri inayotumika hubadilishwa na chanzo kingine cha volteji ambacho kina tofauti kubwa ya uwezo wa umeme. Kuhama kwa elektroni husimama wakati tofauti ya uwezo katika chanzo cha volteji ni sawa na tofauti ya uwezo wa capacitor. Kwa hivyo, ikiwa tofauti ya uwezo katika chanzo cha volteji ni kubwa kuliko, tofauti ya uwezo wa capacitor pia ni kubwa zaidi.
Kulingana na mapitio hapo juu, inaweza kuhitimishwa kwamba kadiri chaji ya umeme inavyohifadhiwa katika kila bamba la kondakta, ndivyo tofauti ya uwezo wa umeme kati ya bamba mbili za kondakta inavyokuwa kubwa zaidi. Kwa hivyo, chaji ya umeme (Q) inalingana na tofauti ya uwezo wa umeme (V). Uhusiano kati ya chaji ya umeme na tofauti ya uwezo wa umeme umeelezwa katika ulinganisho ufuatao:
Q α V
Ulinganisho hapo juu hubadilishwa kuwa milinganyo kwa kuongeza C isiyobadilika:
Q = CV au C = Q / V
Q = chaji ya umeme (Coulomb), V = tofauti ya uwezo wa umeme au volteji (Volt), C = thabiti ambayo huitwa uwezo wa capacitor.
Thamani ya uwezo haitegemei chaji ya umeme na volteji ya umeme, lakini inategemea umbo na ukubwa wa bamba la kondakta. Uthibitisho wa hisabati kwamba uwezo hutegemea umbo na ukubwa wa bamba la kondakta umeelezewa katika mada ya capacitor ya bamba sambamba. Katika mada hiyo, inadhaniwa kwamba kati ya kondakta hizo mbili kuna utupu.
Uwezo wa capacitor pia hutegemea asili ya nyenzo iliyo kati ya sahani mbili za kondakta. Nyenzo iliyo kati ya sahani mbili za kondakta inaitwa dielectric. Uwezo wa capacitor zilizo na dielectrics unajadiliwa kwa kina katika mada ya vigeu vya dielektri.
Kitengo cha uwezo
Kitengo cha chaji ya umeme ni Coulomb na kitengo cha tofauti ya uwezo wa umeme ni Volt, kwa hivyo hiyo inategemea mlinganyo wa uwezo hapo juu. Kitengo cha uwezo ni Coulomb kwa Volt (C/V), pia huitwa Farad (F) ambayo inatokana na jina la mwanasayansi wa Uingereza Michael Faraday (1791-1867). Kwa hivyo, 1 Farad = 1 Coulomb/Volt.
Tuseme kwamba kapakta yenye thamani ya 2 Farad inamaanisha kwamba kapakta huhifadhi chaji ya umeme ya +2 Coulombs kwenye moja ya bamba za kondakta na -2 Coulombs kwenye bamba lingine la kondakta. Ambapo bamba mbili za kondakta zina tofauti inayowezekana ya Volti 1. Ikiwa betri ya Volti 12 imeunganishwa na kapakta, moja ya bamba za kondakta zenye chaji ya umeme ni Q = CV = (2) (Voliti 12) = +24 Coulomb huku bamba lingine la kondakta likiwa -24 Coulomb.
Tafadhali kumbuka kwamba Farad ni kitengo kikubwa cha uwezo kwa hivyo kwa kawaida hutumika kama kitengo kidogo, yaani microfarad iliyofupishwa μF (10).-6 Farad) au picofarad iliyofupishwa kama pF (10-12 Farad). Mahesabu ya hisabati kuonyesha kwamba Farad ni kitengo kikubwa, kilichojadiliwa katika mada ya capacitor ya bamba sambamba.
