Кондензатори и капацитет

Какво е кондензатор? Това е кондензатор. Добре, но какво има в това? В този кондензатор има същото нещо, което е във всички кондензатори. Две части провеждащ материал като метал, които са отделени една от друга. Тези листчета хартия са поставени тук, за да е сигурно, че двете метални части не се докосват. Но за какво ще е полезно това? Ако свържеш две части метал към една батерия, тези части метал могат да съхраняват заряд. Ето затова са полезни кондензаторите. Кондензаторите съхраняват заряд. След като батерията е свързана, отрицателните заряди вдясно биват привлечени към положителния край на батерията. А вляво отрицателните заряди биват отблъснати от отрицателния край на батерията. Докато отрицателните заряди напускат парченцето метал вдясно, това кара това парченце метал да стане положително заредено, понеже сега то има по-малко отрицателни заряди, отколкото положителни. И парченцето метал вляво става отрицателно заредено, понеже сега има повече отрицателни заряди, отколкото положителни. Важно е да отбележим, че двете парченца метал ще имат една и съща големина на заряда. С други думи, ако зарядът в дясното парченце метал е 6 кулона, тогава зарядът в лявото парченце метал трябва да е -6 кулона. Понеже за всеки отрицателен заряд, който е бил премахнат от дясната страна, точно 1 отрицателен заряд е бил вложен в лявата страна. Дори ако двете парченца метал бяха с различни размери и форми, те все пак трябва да запазят равни и противоположни количества заряд. Показах само как отрицателните заряди се движат, понеже в реалността отрицателно заредените електрони могат да се движат свободно през метал или жица. Положително заредените протони са "заседнали" на едно място и трябва да останат там, където са. Но този процес, през който зарядът отива в другата страна, няма да продължи завинаги. Отрицателните заряди вдясно, които са привлечени към положителния край на батерията, ще започнат също да бъдат привлечени към положително зареденото парченце метал. Накрая отрицателните заряди ще бъдат привлечени към положителното парченце метал, точно толкова много, колкото са привлечени към положителния край на батерията. След като това се случи, процесът спира и събралият се заряд просто си стои в парченцата метал. Можеш дори да махнеш батерията и зарядите просто ще продължат да си стоят тук. Отрицателните заряди искат да се върнат обратно при положителните, понеже противоположните заряди се привличат. Но няма как да стигнат там. Това също обяснява защо парченцата метал трябва да бъдат разделени. Ако парченцата метал се докосваха по време на зареждането, тогава никакви заряди нямаше да бъдат разделени. Отрицателните заряди просто ще се движат в "кръг", понеже веригата е завършена. Ето защо искаш тук да има хартия, която да не позволява на двете парченца метал да се докосват. Кондензаторите са устройства, използвани за съхранение на заряда. Но не всички кондензатори ще съхранят едно и също количество заряд. Един кондензатор, свързан с батерия, може да съхранява много заряд. Но друг кондензатор, свързан към същата батерия, може да съхрани само малко заряд. Капацитетът на един кондензатор е числото, което ти казва колко е добър този кондензатор в съхраняването на заряда. Един кондензатор с голям капацитет ще съхранява много заряд, а един кондензатор с малък капацитет ще съхранява само малко заряд. Реалното определение за капацитет е обобщено от тази формула. Капацитетът е равен на заряда, съхранен в кондензатора, делено на напрежението по този кондензатор. Въпреки че технически общият заряд на един кондензатор е 0, понеже съхранява също толкова положителен заряд, колкото и отрицателен заряд. Q в тази формула се отнася до големината на заряда от едната страна на кондензатора. Напрежението в тази формула се отнася до факта, че когато един кондензатор съхранява заряд, той ще създаде напрежение, или разлика в електрическия потенциал, между двете парченца метал. Електрическият потенциал до положителните заряди е висок, а електрическият потенциал до отрицателните заряди е нисък. Ако имаш положителни заряди, които си стоят до, но не върху, отрицателни заряди, в тази област ще има разлика в електрическия потенциал, която наричаме напрежение. Полезно е да знаеш, че ако оставиш една батерия напълно да зареди един кондензатор, тогава напрежението по този кондензатор ще е същото, каквото е напрежението на тази батерия. Като гледаме формулата за капацитет, виждаме, че мерните единици ще са кулони на волт. Кулон за волт се нарича фарад, в чест на английския физик Майкъл Фарадей. Ако позволиш на една 9-волтова батерия напълно да зареди един 3-фардов кондензатор, съхраненият заряд ще е 27 кулона. За друг пример – да кажем, че един 2-фарадов кондензатор съхранява заряд от 6 кулона. Можем да използваме тази формула, за да намерим напрежението по кондензатора, което в този случай е 3 волта. Може да помислиш, че докато повече заряд бива съхранен в един кондензатор, капацитетът трябва да се увеличи. Но капацитетът си остава същия. Понеже докато зарядът се увеличава, напрежението по този кондензатор се увеличава, поради което съотношението остава същото. Единственият начин да промениш капацитета на един кондензатор е да промениш физическите характеристики на този кондензатор. Като например да направиш парченцата метал по-големи или да ги отдалечиш по-надалеч. Само променянето на заряда или на напрежението няма да промени съотношението, което представя капацитета.