ظرفیت
خازن افزاره‌ای است که بار الکتریکی را روی دو رسانای جدا ذخیره می‌کند، مثل دو صفحهٔ فلزی. هر چه ولتاژ بیشگری دو سرش برانید، بار بیشتری تلنبار می‌شود — و ظرفیت دقیقاً می‌گوید به ازای هر ولت چند بار می‌گیرید. صفحه‌های بزرگ‌تر یا فاصلهٔ کمتر میانشان، خازن را قادر می‌کند در همان ولتاژ بار بیشتری نگه دارد.
فرمول
Q = C · V
- Q — بار (C): مقدار بار الکتریکی ذخیره‌شده روی خازن
- C — ظرفیت (F): خازن به ازای هر ولتِ اعمالی چند بار ذخیره می‌کند
- V — ولتاژ (V): هلِ الکتریکی، یا اختلاف پتانسیل، دو سر خازن
مثال حل‌شده
خازنی با ظرفیت 3 فاراد بر باتری 4 ولتی وصل است. چند بار ذخیره می‌کند؟
- C = 3 F
- V = 4 V
- Q = C · V
- Q = 3 F × 4 V
Q = 12 C
خودتان را بیازمایید
همان خازن 3 فاراد حالا به باتری 6 ولتی وصل می‌شود. چند بار ذخیره می‌کند؟
- 24 C
- 2 C
- پاسخ درست: 18 C
درست است! Q = C × V، پس 3 F × 6 V = 18 C.
در خازن صفحهٔ موازی، اگر مساحت صفحه‌ها را دو برابر کنید و فاصله همان بماند، با ظرفیت چه می‌شود؟
- پاسخ درست: دو برابر می‌شود
- همان می‌ماند
- نصف می‌شود
درست است! C = ε₀A / d، پس دوبرابرکردن سطح صفحه A ظرفیت را دوبرابر می‌کند.
کجا آن را می‌بینید
صفحهٔ لمسی گوشی هوشمند شبکه‌ای از خازن‌های ریز است: حضور انگشت شما ظرفیت موضعی را تغییر می‌دهد و گوشی تشخیص می‌دهد کدام نقطه تغییر کرده است. تراشه‌های حافظهٔ رایانه میلیاردها خازن میکروسکوپی‌اند که هر یک بارِ یک بیت منطقی را نگه می‌دارند — باردار یا نبودن، یک یا صفر.
اشتباهات رایج
اشتباه اصلی در شناختن ظرفیت است: C ویژگی هندسهٔ خودِ افزاره است — مساحت صفحه‌ها و فاصلهٔ میانشان، C = ε₀A / d — نه چیزی که به‌خاطر بیشتر باردارکردن بزرگ‌تر شود. در ظرفیت ثابت، بار ساده از ولتاژ پیروی می‌کند، Q = C · V: خازن 3 F روی باتری 6 V تعداد 18 C بار ذخیره می‌کند، دو برابرِ آنچه روی 3 V ذخیره می‌کند. و فاصلهٔ بزرگ‌تر خازن را ضعیف‌تر می‌کند — برای نگه‌داشتن بار بیشتر در همان ولتاژ، صفحه‌ها باید نزدیک‌تر باشند نه دورتر.
چگونه ارتباط دارد
ولتاژ دو سر خازن از این رو وجود دارد که بار، خلاف قانون کولن، انباشته شده است — آن هلِ ذخیره‌شده همان چیزی است که هندسهٔ نیروی درس قبل در سخت‌افزار به وجود می‌آورد. ماژول مدارها پیش‌تر با این افزاره آشنا شده است: ثابت زمانی RC یعنی τ = R · C نشان می‌دهد این افزاره چقدر سریع پر می‌شود. در درس بعد، جریان‌ها کارِ دیگری — کاملاً متفاوت — از خود نشان می‌دهند: ساختن میدان مغناطیسی.