Co decyduje o pojemności kondensatora?

Kondensator przeznaczony jest do czasowego magazynowania energii elektrycznej w postaci energii potencjalnej podzielonej w przestrzeni na ładunki elektryczne dodatnie i ujemne, czyli w postaci pola elektrycznego w przestrzeni między nimi. W związku z tym kondensator elektryczny zawiera trzy główne elementy: dwie przewodzące płytki, na których znajdują się oddzielne ładunki w kondensatorze ładującym, oraz warstwę dielektryczną umieszczoną między płytkami.

Płyty kondensatorów, w zależności od rodzaju tego wyrobu elektrycznego, mogą być wykonane na różne sposoby, począwszy od prostych płyt aluminiowych nawiniętych na rolkę z przekładką papierową, po płyty oksydowane chemicznie lub metalizowaną warstwą dielektryczną. W każdym razie jest warstwa dielektryka i płytka, między którą jest mocno zamocowana - to w zasadzie kondensator.

Dielektrykiem może być papier, mika, polipropylen, tantal lub inny odpowiedni materiał elektroizolacyjny o wymaganej stałej dielektrycznej i wytrzymałości elektrycznej.

Jak wiesz, energia ładunków elektrycznych rozdzielonych w przestrzeni jest równa iloczynowi ilości ładunku Q przemieszczonego (z jednego ciała na drugie) przez różnicę potencjałów między naładowanymi ciałami U.

Tak więc energia rozdzielonych ładunków na okładkach kondensatora zależy nie tylko od liczby rozdzielonych ładunków, ale także od parametrów jego okładek i dielektryka, ponieważ spolaryzowany dielektryk magazynuje energię w postaci pola elektrycznego, którego siła określa różnicę potencjałów U między rozdzielonymi ładunkami znajdującymi się na okładkach kondensatora.

Bo różnica potencjałów między ładunkami rozdzielonymi w przestrzeni zależy od natężenia pola elektrycznego i od odległości między nimi. Właściwie — na grubości dielektryka między naładowanymi okładkami, jeśli chodzi o kondensator.

Jednocześnie im większy obszar zachodzenia na siebie płytek A i im większa bezwzględna (i względna) stała dielektryczna dielektryka — tym silniej przyciągają się do siebie rozdzielone ładunki znajdujące się na płytkach — tym bardziej istotna ich energia potencjalna — tym więcej pracy będzie wymagało źródło pola elektromagnetycznego, aby naładować ten kondensator.

Oddzielając ładunki w procesie przenoszenia elektronów z jednej płyty na drugą, źródło pola elektromagnetycznego wykonuje dokładnie taką ilość pracy przy ładowaniu kondensatora, której ilość będzie identyczna energia naładowanego kondensatora.

Przy tej nieciągłości energia naładowanego kondensatora, oprócz ilości ładunku przenoszonego z płytki na płytkę (może być inna) będzie zależała od obszaru nakładania się płytek A, od odległości między płytkami d i bezwzględnej stałej dielektrycznej dielektryka e.

Te parametry określające budowę konkretnego kondensatora są stałe, ich łączny stosunek można nazwać pojemnością kondensatora C. Wtedy możemy z całą pewnością powiedzieć, że pojemność kondensatora C zależy od obszaru nakładania się płytek A , na odległość między nimi d i stałą dielektryczną e.

Zależność pojemności od tych parametrów jest bardzo łatwa do zrozumienia, jeśli weźmiemy pod uwagę płaski kondensator.

Im większy obszar nakładania się jego płyt, tym większa pojemność kondensatora, ponieważ ładunki oddziałują na większym obszarze.

Im mniejsza odległość między okładkami (w rzeczywistości grubość warstwy dielektrycznej), tym większa pojemność kondensatora, ponieważ siła oddziaływania ładunków wzrasta w miarę ich zbliżania się.

Im większa stała dielektryczna dielektryka między okładkami, tym większa pojemność kondensatora, ponieważ tym większe jest natężenie pola elektrycznego między okładkami.

Zobacz też:Dlaczego kondensatory są używane w obwodach elektrycznych? IKondensatory i baterie — jaka jest różnica?