ความจุไฟฟ้า

ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์เก็บประจุไฟฟ้าบนตัวนำสองชิ้นที่แยกกัน เหมือนแผ่นโลหะคู่หนึ่ง ยิ่งผลักแรงดันคร่อมมันมาก ประจุยิ่งสะสม — ความจุบอกว่าได้ประจุเท่าใดต่อหนึ่งโวลต์ แผ่นใหญ่ขึ้นหรือช่องว่างแคบลงทำให้เก็บประจุได้มากขึ้นที่แรงดันเดิม

สูตร

Q = C · V

  • Q — ประจุ (C): ปริมาณประจุไฟฟ้าที่เก็บบนตัวเก็บประจุ
  • C — ความจุไฟฟ้า (F): ตัวเก็บประจุเก็บประจุได้เท่าใดต่อหนึ่งโวลต์ที่จ่าย
  • V — แรงดัน (V): แรงดันไฟฟ้าหรือความต่างศักย์คร่อมตัวเก็บประจุ

ตัวอย่างที่แก้ไข

ตัวเก็บประจุความจุ 3 ฟารัดต่อข้ามแบตเตอรี่ 4 โวลต์ เก็บประจุเท่าใด

  • C = 3 F
  • V = 4 V
  1. Q = C · V
  2. Q = 3 F × 4 V

Q = 12 C

ทดสอบความเข้าใจของคุณ

ตัวเก็บประจุ 3 ฟารัดเดิมต่อกับแบตเตอรี่ 6 โวลต์แทน เก็บประจุเท่าใด
  • 24 C
  • 2 C
  • คำตอบที่ถูกต้อง: 18 C

ถูกต้อง! Q = C × V ดังนั้น 3 F × 6 V = 18 C

สำหรับตัวเก็บประจุแผ่นคู่ขนาน ถ้าเพิ่มพื้นที่แผ่นเป็นสองเท่าโดยคงช่องว่างเดิม ความจุเป็นอย่างไร
  • คำตอบที่ถูกต้อง: เพิ่มเป็นสองเท่า
  • คงเดิม
  • ลดครึ่งหนึ่ง

ถูกต้องเลย! C = ε₀A / d ดังนั้นการเพิ่มพื้นที่แผ่น A เป็นสองเท่าทำให้ความจุไฟฟ้าเพิ่มเป็นสองเท่า

พบเห็นได้ที่ไหน

หน้าจอสัมผัสของสมาร์ตโฟนคือตารางของตัวเก็บประจุจิ๋วนับไม่ถ้วน: การปรากฏตัวของนิ้วคุณเปลี่ยนความจุไฟฟ้าเฉพาะจุด และโทรศัพท์ก็อ่านได้ว่าตำแหน่งไหนที่เปลี่ยนไป ชิปหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์คือตัวเก็บประจุขนาดจิ๋วนับพันล้านตัว แต่ละตัวเก็บประจุไว้แทนบิตตรรกะหนึ่งบิต — มีประจุหรือไม่มีประจุ ก็คือหนึ่งหรือศูนย์

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

ความสับสนหลักคือความจุไฟฟ้าคืออะไรกันแน่: C เป็นสมบัติของเรขาคณิตของอุปกรณ์ — พื้นที่แผ่นและช่องว่างระหว่างแผ่น C = ε₀A / d — ไม่ใช่สิ่งที่จะโตขึ้นเพราะคุณชาร์จมันมากขึ้น ที่ความจุคงที่ ประจุเพียงแค่เปลี่ยนตามแรงดัน Q = C · V: ตัวเก็บประจุ 3 F บนแบตเตอรี่ 6 V เก็บประจุ 18 C ซึ่งเป็นสองเท่าของที่มันเก็บบน 3 V และช่องว่างที่กว้างขึ้นทำให้ตัวเก็บประจุอ่อนกำลังลง — แผ่นต้องอยู่ใกล้กันขึ้น ไม่ใช่ห่างออกไป จึงจะเก็บประจุได้มากขึ้นที่แรงดันเดิม

เชื่อมโยงอย่างไร

แรงดันคร่อมตัวเก็บประจุมีอยู่ได้เพราะประจุถูกกองสะสมทับไว้โดยฝืนกฎของคูลอมบ์ — แรงผลักที่เก็บสะสมไว้นั้นคือสิ่งที่เรขาคณิตของแรงจากบทเรียนก่อนหน้าผลิตขึ้นจริงในรูปฮาร์ดแวร์ โมดูลวงจรไฟฟ้าเคยพบอุปกรณ์นี้มาแล้ว: ค่าคงที่เวลา RC ที่ τ = R · C บอกว่ามันเต็มเร็วแค่ไหน ต่อไป กระแสไฟฟ้าจะเผยว่าตัวมันทำอย่างอื่นโดยสิ้นเชิง: สร้างสนามแม่เหล็ก

ลองการจำลองแบบโต้ตอบ

แนวคิดที่เกี่ยวข้อง