25.1: Kondensatory i pojemność

Urządzenie składające się z dwóch oddzielonych od siebie przewodników elektrycznych i służące do przechowywania ładunków elektrycznych nazywa się kondensatorem. Przestrzeń pomiędzy przewodnikami to próżnia lub materiał izolacyjny, zwany dielektrykiem. Kondensatory mają wiele zastosowań, począwszy od filtrowania ładunków elektrostatycznych z odbioru radiowego po magazynowanie energii w defibrylatorach serca.

Kiedy przewodnikami są dwie identyczne równoległe płytki, nazywa się to kondensatorem płytowym równoległym. Kiedy zaciski akumulatora są podłączone do początkowo nienaładowanego kondensatora, potencjał akumulatora przemieszcza ładunek o wartości Q z płyty dodatniej na płytkę ujemną. Kondensator pozostaje ogólnie neutralny, ale ładunki +Q i `Q znajdują się na przeciwległych okładkach. Wielkość pola elektrycznego w przestrzeni pomiędzy równoległymi płytami jest wprost proporcjonalna do gęstości ładunku powierzchniowego na jednej płycie. Ponieważ gęstość ładunku powierzchniowego to ładunek na jednostkę powierzchni, wielkość pola elektrycznego jest wprost proporcjonalna do ładunku.

Pojemność kondensatora definiuje się jako stosunek maksymalnego ładunku, jaki może być zgromadzony w kondensatorze, do napięcia przyłożonego na jego okładkach. Jednostką pojemności w układzie SI jest farad (F), nazwany na cześć Michaela Faradaya. Ponieważ pojemność to ładunek na jednostkę napięcia, jeden farad to jeden kulomb na jeden wolt.

W przypadku kondensatora płytowego równoległego zwiększenie powierzchni płytek zwiększa ilość ładunku, który można zgromadzić, zwiększając w ten sposób pojemność w przypadku większej powierzchni płytki. Podobnie, im bliżej siebie są płyty, tym większe przyciąganie na nich przeciwnych ładunków. Dlatego pojemność jest większa przy mniejszej odległości między płytami.

Weźmy pod uwagę światło słoneczne, które ładuje się w ciągu dnia i świeci w nocy. Tutaj kondensator przechowuje ładunki elektryczne.

Najprostszy kondensator składa się z dwóch równoległych płyt przewodzących oddzielonych podciśnieniem.

Po podłączeniu do akumulatora elektrony z bieguna ujemnego gromadzą się na podłączonej do niego płytce kondensatora, wytwarzając ładunek ujemny, podczas gdy druga płytka staje się naładowana dodatnio.

Różnica potencjałów, która jest równa iloczynowi pola elektrycznego i odległości między płytkami, jest generowana w poprzek płyt, aż osiągnie napięcie akumulatora. Pole elektryczne jest proporcjonalne do ładunku i pola powierzchni równoległych płyt.

Naładowane kondensatory rozładowują się po podłączeniu do obciążenia, a elektrony przepływają w odwrotnym kierunku, aż potencjał osiągnie zero.

Ilość ładunku zgromadzonego w kondensatorze w celu wytworzenia danej różnicy potencjałów to pojemność, mierzona w jednostkach faradu.

Pojemność kondensatora równoległego jest wprost proporcjonalna do powierzchni płytki i odwrotnie proporcjonalna do odległości między płytkami.