Kondensator — pojemność, ładunek, energia

Co się właśnie stało?

Zmniejszyłeś odległość między okładkami o połowę, a pojemność wzrosła dwukrotnie. Pojemność i odstęp okładek są odwrotnie proporcjonalne.

Czym jest pojemność?

To zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku: $C = Q/U$. Ten sam ładunek przy mniejszym napięciu oznacza większą pojemność. Zależy ona od geometrii okładek i dielektryka:

— rośnie z powierzchnią okładek S, maleje z odstępem d, a wypełnienie dielektrykiem (ε_r > 1) ją zwiększa. ε₀ = 8,85·10⁻¹² F/m to przenikalność próżni.

Ładunek i energia

Podłączony do napięcia U kondensator gromadzi ładunek $Q = CU$, a w polu elektrycznym między okładkami magazynuje energię:

Energia nie siedzi „w drucie" — jest zmagazynowana w polu elektrycznym w przestrzeni między okładkami. Dlatego naładowany kondensator potrafi ją nagle oddać (lampa błyskowa, defibrylator).

Niezmiennik: stały ładunek

Odłącz źródło — ładunek Q zostaje uwięziony. Wtedy z $Q = CU$ wynika, że zmniejszenie pojemności (np. rozsunięcie okładek) zwiększa napięcie U, bo iloczyn CU musi się zgadzać.

Po co Ci to na maturze:

C = ε₀S/d, Q = CU i E = ½CU² rozwiązują niemal każde zadanie o kondensatorze. Chwyt: sprawdź, co jest stałe — napięcie U (źródło podłączone) czy ładunek Q (źródło odłączone) — i dopiero wtedy licz.

Zapamiętaj: pojemność rośnie z powierzchnią okładek i maleje z ich odstępem (C = ε₀S/d), a energię kondensator magazynuje w polu elektrycznym między okładkami (E = ½CU²).