Kapasitor terdiri daripada dua konduktor yang dipisahkan oleh ruang atau bahan penebat. Apabila disambungkan kepada sumber voltan, cas positif terkumpul pada satu konduktor dan cas negatif pada yang lain. Pemisahan cas ini membina medan elektrik di antara konduktor dan membolehkan tenaga disimpan dalam medan tersebut.
Kapasitans ialah cas per beza keupayaan
Bagi kapasitor linear, kapasitans ditakrifkan sebagai nisbah magnitud cas pada salah satu konduktor kepada beza keupayaan antara kedua-duanya. Nilainya bergantung pada geometri dan bahan di antara konduktor, bukan pada jumlah cas tertentu yang kebetulan tersimpan pada satu ketika. Unit SI bagi kapasitans ialah farad. Dalam simbol, C = Q/V, dan 1 farad ialah 1 coulomb per volt.
Geometri mengawal kapasitans
Bagi kapasitor plat selari ideal dalam vakum, plat yang lebih luas memberikan kapasitans lebih besar kerana kawasan yang tersedia untuk pemisahan cas meningkat. Jarak yang lebih kecil antara plat juga meningkatkan kapasitans kerana beza keupayaan yang diperlukan untuk medan tertentu menjadi lebih kecil. Bentuk sebenar komponen boleh lebih rumit, tetapi prinsip geometri yang sama kekal penting. Bagi plat selari ideal dalam vakum, C₀ = ε₀A/d, dengan ε₀ ≈ 8.85 × 10⁻¹² F/m, A luas setiap plat dan d jarak antara plat; formula ini mengabaikan kesan pinggir di tepi plat.
Dielektrik boleh meningkatkan kapasitans
Apabila bahan dielektrik dimasukkan di antara plat, molekul atau ion di dalamnya bertindak balas terhadap medan elektrik dan menghasilkan pengutuban. Kesan ini mengubah hubungan antara cas dan beza keupayaan sehingga kapasitor boleh mempunyai kapasitans lebih besar berbanding susunan geometri yang sama dalam vakum. Nilai peningkatan bergantung pada sifat bahan dan keadaan operasi. Jika dielektrik mengisi sepenuhnya ruang antara plat, C = κC₀, dengan κ ialah pemalar dielektrik bahan itu dan κ > 1.
Kapasitor menyimpan tenaga tetapi mempunyai had
Tenaga kapasitor tersimpan dalam medan elektrik, dan bagi kapasitor linear U = ½CV² = ½QV = Q²/(2C). Menaikkan voltan meningkatkan tenaga tersimpan, tetapi bahan penebat mempunyai kekuatan dielektrik terhad. Jika medan elektrik terlalu besar, penebat boleh mengalami kerosakan dan mula mengalirkan arus. Kapasitor sebenar juga mempunyai kebocoran, rintangan dalaman dan had suhu atau frekuensi.
Contoh: kapasitor plat selari dalam vakum dengan A = 0.010 m² dan d = 1.0 mm mempunyai C₀ = ε₀A/d = (8.85 × 10⁻¹²)(0.010)/(1.0 × 10⁻³) ≈ 8.85 × 10⁻¹¹ F, iaitu kira-kira 88.5 pF. Pada 5 V, Q = CV ≈ 4.4 × 10⁻¹⁰ C, iaitu kira-kira 0.44 nC, dan tenaga tersimpan U = ½CV² ≈ ½(8.85 × 10⁻¹¹)(5)² ≈ 1.1 × 10⁻⁹ J, iaitu kira-kira 1.1 nJ. Jika ruang antara plat diisi dielektrik dengan κ ≈ 4 (anggaran contoh), C = κC₀ ≈ 354 pF, dan pada 5 V yang sama Q ≈ 1.8 nC. Kapasitor komponen biasa lazimnya berkapasitans pikofarad hingga mikrofarad.
Sejarah ringkas
Balang Leyden, kapasitor awal, dicipta pada 1745 hingga 1746. Unit farad dinamakan sempena Michael Faraday.
Bagaimana kita mengetahui hal ini?
Apakah maksud kapasitans yang lebih besar?