Pojemność
Kondensator to urządzenie magazynujące ładunek elektryczny na dwóch rozdzielonych przewodnikach, jak para metalowych płyt. Im większe napięcie przepchniesz, tym więcej ładunku się nagromadza — a pojemność mówi dokładnie, ile ładunku dostajesz na każdy wolt. Większe płyty albo mniejsza szczelina między nimi pozwalają kondensatorowi trzymać więcej ładunku przy tym samym napięciu.
Wzór
Q = C · V
- Q — ładunek (C): ilość ładunku elektrycznego magazynowana na kondensatorze
- C — pojemność (F): ile ładunku kondensator magazynuje na każdy przyłożony wolt
- V — napięcie (V): elektryczny nacisk, czyli różnica potencjałów, na kondensatorze
Przykład rozwiązany
Kondensator o pojemności 3 faradów podłączono do baterii 4 woltów. Ile ładunku magazynuje?
- C = 3 F
- V = 4 V
- Q = C · V
- Q = 3 F × 4 V
Q = 12 C
Sprawdź się
Ten sam kondensator 3-faradowy podłączono teraz do baterii 6 woltów. Ile ładunku magazynuje?
- 24 C
- 2 C
- Poprawna odpowiedź: 18 C
Dobrze! Q = C × V, czyli 3 F × 6 V = 18 C.
Dla kondensatora płaskiego, jeśli podwoisz pole płyt, zachowując szczelinę, co dzieje się z pojemnością?
- Poprawna odpowiedź: Podwaja się
- Pozostaje ta sama
- Zostaje przepołowiona
Dokładnie! C = ε₀A / d, więc podwojenie powierzchni okładek A podwaja pojemność.
Gdzie to widzisz
Ekran dotykowy smartfona to siatka maleńkich kondensatorów: obecność twojego palca zmienia miejscową pojemność, a telefon odczytuje, który punkt się zmienił. Kości pamięci komputerowych to miliardy mikroskopijnych kondensatorów, z których każdy trzyma ładunek dla jednego bitu logicznego — naładowany lub nie, jedynka albo zero.
Częste błędy
Główny zamęt dotyczy tego, czym pojemność w ogóle jest: C to własność geometrii urządzenia — powierzchni okładek i szczeliny, C = ε₀A / d — a nie coś, co rośnie dlatego, że bardziej go naładowałeś. Przy stałej pojemności ładunek po prostu nadąża za napięciem, Q = C · V: kondensator 3 F na baterii 6 V magazynuje 18 C, dwa razy więcej niż przy 3 V. A większa szczelina osłabia kondensator — okładki muszą być bliżej, nie dalej, żeby przy tym samym napięciu zmieścić więcej ładunku.
Jak się to łączy
Napięcie na kondensatorze istnieje dlatego, że ładunek nazbierał się tam wbrew prawu Coulomba — ten zmagazynowany nacisk to właśnie to, co geometria siły z poprzedniej lekcji wytwarza w prawdziwym urządzeniu. Moduł obwodów już zna to urządzenie: stała czasowa RC, τ = R · C, mówi, jak szybko się napełnia. Następna lekcja ujawnia, że prądy robią coś zupełnie innego: tworzą pola magnetyczne.