Ємність
Конденсатор — це пристрій, що запасає електричний заряд на двох розділених провідниках, як пара металевих пластин. Чим більшу напругу ви подасте, тим більше заряду накопичується — а ємність показує точно, скільки заряду ви отримуєте на кожен вольт. Більші пластини чи менший проміжок між ними дозволяють конденсатору тримати більше заряду при тій самій напрузі.
Формула
Q = C · V
- Q — заряд (C): кількість електричного заряду, запасеного на конденсаторі
- C — ємність (F): скільки заряду конденсатор запасає на вольт
- V — напруга (V): електричний «поштовх», тобто різниця потенціалів, на конденсаторі
Розв'язаний приклад
Конденсатор ємністю 3 фаради з'єднано з батареєю 4 вольти. Скільки заряду він запасає?
- C = 3 F
- V = 4 V
- Q = C · V
- Q = 3 F × 4 V
Q = 12 C
Перевірте себе
Той самий конденсатор 3 фаради тепер з'єднано з батареєю 6 вольтів. Скільки заряду він запасає?
- 24 C
- 2 C
- Правильна відповідь: 18 C
Правильно! Q = C × V, тож 3 F × 6 V = 18 C.
Для плоского конденсатора: якщо подвоїти площу пластин, лишивши проміжок тим самим, що станеться з ємністю?
- Правильна відповідь: Подвоюється
- Лишається тією самою
- Удвічі зменшується
Точно! C = ε₀A / d, тож подвоєння площі пластин A подвоює ємність.
Де ви це бачите
Сенсорний екран смартфона — це сітка крихітних конденсаторів: присутність вашого пальця змінює локальну ємність, і телефон зчитує, яка саме точка змінилася. Чипи комп'ютерної пам'яті — це мільярди мікроскопічних конденсаторів, кожен із яких тримає заряд на один логічний біт: заряджений чи ні — одиниця чи нуль.
Поширені помилки
Головна плутанина — що таке ємність: C — це властивість геометрії пристрою, площі пластин і проміжку, C = ε₀A / d, а не щось, що зростає від того, що ви зарядили його сильніше. При фіксованій ємності заряд просто слідує за напругою, Q = C · V: конденсатор 3 F на батареї 6 V запасає 18 C — вдвічі більше, ніж при 3 V. А більший проміжок послаблює конденсатор — щоб тримати більше за тієї самої напруги, пластини мають бути ближче, а не далі.
Як це пов'язано
Напруга на конденсаторі існує тому, що заряд нагромаджений всупереч закону Кулона — цей запасений поштовх і є те, що силова геометрія попереднього уроку створює в реальному пристрої. Модуль електричних кіл уже зустрічав цей пристрій: стала часу RC, τ = R · C, показує, як швидко він заповнюється. Далі струми виявляють, що вміють зовсім інше: створювати магнітні поля.