Langkau ke kandungan
Sainsuntuk Semua
Fizik / Elektromagnetisme

Kapasitans dan Kapasitor: Pemisahan Cas dan Penyimpanan Tenaga

Istilah utama: KapasitansSebutan: ka-pa-si-tansBahasa Inggeris: capacitance

Kapasitans menerangkan berapa banyak cas dapat dipisahkan dan disimpan oleh suatu susunan konduktor bagi beza keupayaan tertentu.

Kapasitor terdiri daripada dua konduktor yang dipisahkan oleh ruang atau bahan penebat. Apabila disambungkan kepada sumber , cas positif terkumpul pada satu konduktor dan cas negatif pada yang lain. Pemisahan cas ini membina di antara konduktor dan membolehkan tenaga disimpan dalam medan tersebut.

Kapasitans ialah cas per beza keupayaan

Bagi linear, ditakrifkan sebagai nisbah 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 , 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.

Kapasitor plat selari ideal: medan seragam di antara plat, dengan medan pinggir yang melengkung di tepi plat sebenar. Kapasitans ditakrifkan oleh C = Q / V.
Nota Istilahdielektrik: Bahan penebat yang boleh terkutub dalam medan elektrik dan sering diletakkan di antara konduktor kapasitor.

Dielektrik boleh meningkatkan kapasitans

Apabila bahan dielektrik dimasukkan di antara plat, 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 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 .

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?

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Apakah maksud kapasitans yang lebih besar?

Lihat Juga
Versi diterbitkan: