Kapasitanssi
Kondensaattori on laite, joka varastoi sähkövarausta kahdelle erilleen joutuneelle johtimelle, kuten metallilevyjen parille. Mitä enemmän jännitettä työnnät sen yli, sitä enemmän varausta kasautuu – ja kapasitanssi kertoo täsmälleen, kuinka paljon varausta saat jokaista volttia kohden. Suuremmat levyt tai pienempi rako niiden välillä antavat kondensaattorin pitää enemmän varausta samalla jännitteellä.
Kaava
Q = C · V
- Q — varaus (C): kondensaattoriin varastoidun sähkövarauksen määrä
- C — kapasitanssi (F): kuinka paljon varausta kondensaattori varastoi kohdistettua volttia kohden
- V — jännite (V): sähköinen työntö eli potentiaaliero kondensaattorin yli
Ratkaistu esimerkki
Kondensaattori, jonka kapasitanssi on 3 faradia, kytketään 4 voltin pariston yli. Kuinka paljon varausta se varastoi?
- C = 3 F
- V = 4 V
- Q = C · V
- Q = 3 F × 4 V
Q = 12 C
Testaa itseäsi
Sama 3 faradin kondensaattori kytketään nyt 6 voltin paristoon sen sijaan. Kuinka paljon varausta se varastoi?
- 24 C
- 2 C
- Oikea vastaus: 18 C
Oikein! Q = C × V, joten 3 F × 6 V = 18 C.
Rinnakkaislevykondensaattorille, jos kaksinkertaistat levyjen pinta-alan mutta pidät raon samana, mitä kapasitanssille tapahtuu?
- Oikea vastaus: Se kaksinkertaistuu
- Se pysyy samana
- Se puolitetaan
Täsmälleen! C = ε₀A / d, joten levyjen pinta-alan A kaksinkertaistaminen kaksinkertaistaa kapasitanssin.
Missä tätä näkee
Älypuhelimen kosketusnäyttö on verkko pieniä kondensaattoreita: sormesi läsnäolo muuttaa paikallista kapasitanssia, ja puhelin lukee, mikä kohta muuttui. Tietokoneiden muistipiirit ovat miljardeja mikroskooppisia kondensaattoreita, joista kukin pitää varausta logiikkabitille – ladattu tai ei, yksi tai nolla.
Yleiset virheet
Ydinkaosannus on se, mitä kapasitanssi on: C on laitteen geometrian ominaisuus – levyjen pinta-ala ja rako, C = ε₀A / d – ei jotakin, joka kasvaa, koska latasit sitä enemmän. Kiinteällä kapasitanssilla varaus yksinkertaisesti seuraa jännitettä, Q = C · V: 3 F kondensaattori 6 V paristossa varastoi 18 C, kaksi kertaa sen, minkä se varastoi 3 V:ssa. Ja suurempi rako heikentää kondensaattoria – levyn on oltava lähempänä, ei kauempana, pitääkseen enemmän samalla jännitteellä.
Miten tämä kytkeytyy
Kondensaattorin yli oleva jännite on olemassa, koska varausta on kasautunut Coulombin lakia vasten – tuo varastoitu työntö on se, mitä edellisen oppitunnin voimageometria tuottaa laitteistossa. Virtapiirimoduuli tapasi tämän laitteen jo: RC-aikavakio τ = R · C on se, kuinka nopeasti se täyttyy. Seuraavaksi virrat paljastavat tekevänsä jotakin aivan muuta: luovat magneettikenttiä.