Χωρητικότητα
Ένας πυκνωτής είναι συσκευή που αποθηκεύει ηλεκτρικό φορτίο σε δύο χωρισμένους αγωγούς, όπως ένα ζεύγος μεταλλικών πλακών. Όσο περισσότερη τάση ωθείς πάνω του, τόσο περισσότερο φορτίο συσσωρεύεται — και η χωρητικότητα σου λέει ακριβώς πόσο φορτίο παίρνεις για κάθε βολτ. Μεγαλύτερες πλάκες ή μικρότερο κενό μεταξύ τους αφήνουν πυκνωτή να κρατήσει περισσότερο φορτίο στην ίδια τάση.
Ο τύπος
Q = C · V
- Q — φορτίο (C): η ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου αποθηκευμένου στον πυκνωτή
- C — χωρητικότητα (F): πόσο φορτίο αποθηκεύει ο πυκνωτής ανά εφαρμοζόμενο βολτ
- V — τάση (V): η ηλεκτρική ώθηση, ή διαφορά δυναμικού, πάνω στον πυκνωτή
Λυμένο παράδειγμα
Πυκνωτής χωρητικότητας 3 φαράντ συνδέεται πάνω σε μπαταρία 4 βολτ. Πόσο φορτίο αποθηκεύει;
- C = 3 F
- V = 4 V
- Q = C · V
- Q = 3 F × 4 V
Q = 12 C
Τεστ εαυτού
Ο ίδιος πυκνωτής 3 φαράντ τώρα συνδέεται σε μπαταρία 6 βολτ αντίθετα. Πόσο φορτίο αποθηκεύει;
- 24 C
- 2 C
- Σωστή απάντηση: 18 C
Σωστά! Q = C × V, ώστε 3 F × 6 V = 18 C.
Για πυκνωτή παράλληλων πλακών, αν διπλασίασεις το εμβαδόν των πλακών αλλά κρατήσεις το κενό ίδιο, τι θα γίνει με τη χωρητικότητα;
- Σωστή απάντηση: Διπλασιάζεται
- Μένει ίδια
- Κόβεται στο μισό
Ακριβώς! C = ε₀A / d, ώστε ο διπλασιασμός του εμβαδού πλάκας A διπλασιάζει τη χωρητικότητα.
Πού το βλέπεις
Η οθόνη αφής ενός έξυπνου κινητού είναι πλέγμα μικροσκοπικών πυκνωτών: η παρουσία του δαχτύλου σου αλλάζει την τοπική χωρητικότητα και το τηλέφωνο διαβάζει ποιο σημείο άλλαξε. Τα τσιπ μνήμης των υπολογιστών είναι δισεκατομμύρια μικροσκοπικοί πυκνωτές, ο καθένας κρατά φορτίο για ένα λογικό bit — φορτισμένο ή όχι, ένα ή μηδέν.
Συχνά λάθη
Η βασική σύγχυση είναι το τι είναι χωρητικότητα: η C είναι ιδιότητα της γεωμετρίας της συσκευής — επιφάνεια πλακών και απόσταση, C = ε₀A / d — όχι κάτι που μεγαλώνει επειδή τη φόρτισες περισσότερο. Σε σταθερή χωρητικότητα το φορτίο απλώς ακολουθεί την τάση, Q = C · V: ένας πυκνωτής 3 F σε μπαταρία 6 V αποθηκεύει 18 C, διπλάσιο από ό,τι σε 3 V. Και μεγαλύτερη απόσταση αποδυναμώνει τον πυκνωτή — οι πλάκες πρέπει να πλησιάζουν, όχι να απομακρύνονται, για να κρατήσουν περισσότερο στην ίδια τάση.
Πώς συνδέεται
Η τάση πάνω από έναν πυκνωτή υπάρχει επειδή το φορτίο έχει σωριαστεί ενάντια στον νόμο Coulomb — αυτή η αποθηκευμένη ώθηση είναι ό,τι παράγει στην πράξη η γεωμετρία δυνάμεων του προηγούμενου μαθήματος. Η ενότητα των κυκλωμάτων γνώρισε ήδη τη συσκευή: η σταθερά χρόνου RC, τ = R · C, είναι το πόσο γρήγορα γεμίζει. Στη συνέχεια τα ρεύματα αποκαλύπτουν ότι κάνουν και κάτι άλλο εντελώς: δημιουργούν μαγνητικά πεδία.