Kapacitans
En kondensator är en anordning som lagrar elektrisk laddning på två åtskilda ledare, som ett par metalplattor. Ju mer spänning du lägger över den, desto mer laddning hopas — och kapacitansen talar om exakt hur mycket laddning du får per volt. Större plattor eller mindre mellanrum mellan dem låter en kondensator lagra mer laddning vid samma spänning.
Formeln
Q = C · V
- Q — laddning (C): den elektriska laddningsmängd som lagras på kondensatorn
- C — kapacitans (F): hur mycket laddning kondensatorn lagrar per pålagrad volt
- V — spänning (V): den elektriska knuffen, eller potentialskillnaden, över kondensatorn
Genomräknat exempel
En kondensator med kapacitansen 3 farad ansluts över ett batteri på 4 volt. Hur mycket laddning lagrar den?
- C = 3 F
- V = 4 V
- Q = C · V
- Q = 3 F × 4 V
Q = 12 C
Testa dig själv
Samma kondensator på 3 farad ansluts nu i stället till ett batteri på 6 volt. Hur mycket laddning lagrar den?
- 24 C
- 2 C
- Rätt svar: 18 C
Rätt! Q = C × V, alltså 3 F × 6 V = 18 C.
För en plattkondensator, om du fördubblar plattornas area men behåller samma mellanrum, vad händer med kapacitansen?
- Rätt svar: Den fördubblas
- Den förblir densamma
- Den halveras
Exakt! C = ε₀A / d, så fördubblad plattarea A fördubblar kapacitansen.
Var du ser detta
En smarttelefons pekskärm är ett rutnät av pyttesmå kondensatorer: din fingers närvaro ändrar den lokala kapacitansen, och telefonen läser av vilken punkt som ändrades. Datorminneschips är miljarder mikroskopiska kondensatorer, där var och en håller laddning för en logisk bit — laddad eller oladdad, etta eller nolla.
Vanliga misstag
Kärnförvirringen är vad kapacitans är: C är en egenskap hos anordningens geometri — plattarea och mellanrum, C = ε₀A / d — inte något som växer för att du laddade den mer. Vid fast kapacitans följer laddningen helt enkelt spänningen, Q = C · V: en kondensator på 3 F ansluten till ett batteri på 6 V lagrar 18 C, dubbelt så mycket som den lagrar på 3 V. Och ett större mellanrum försvagar en kondensator — plattorna måste sitta närmare, inte längre isär, för att hålla mer vid samma spänning.
Hur det hänger ihop
Spänningen över en kondensator finns därför att laddning är hopad mot Coulombs lag — den lagrade knuffen är det som förra lektionens kraftgeometri producerar i hårdvara. Kretsmodulen har redan träffat den här anordningen: RC-tidskonstanten τ = R · C är hur snabbt den fylls. Härnäst avslöjar strömmarna att de gör något helt annat: skapar magnetfält.