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
- Q = C · V
- 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