Kapasitanssi

Kapasitanssi C on sähköstatiikkaan liittyvä suure, joka kertoo systeemiin varastoituneen sähkövarauksen Q suhteen systeemin kahden osan väliseen sähköiseen potentiaalieroon U, eli C on Q/U. Kapasitanssi voidaan määrittää mille tahansa systeemille, jonka osat voidaan varata sähköllä, mutta käytännössä se on lähinnä sähköä varastoiviin kondensaattoreihin liittyvä suure ja tarkasteltava systeemi on yleensä siksi kondensaattori.^[1] Kapasitanssin käänteisarvo 1/C on elastanssi.

SI-järjestelmässä kapasitanssin yksikkö on faradi (symboli F), joka on yksi coulombi volttia kohti (C/V tai CV^-1), ja arvoltaan aina positiivinen. Koska faradi on suhteellisen suuri yksikkö, siksi käytetään kondensaattoreiden merkinnöissä sen pienempiä kerrannaisyksiköitä: mikrofaradia (μF) ja nanofaradia (nF), jotka ovat faradin miljoonas- (10^-6) ja miljardisosa (10^-9).^[2]

Ideaalin kondensaattorin kapasitanssi C voidaan määritellä yhtälöillä

${\displaystyle C={\frac {Q}{U}}}$ tai ${\displaystyle C={\frac {Q}{\Delta V}}}$

joissa Q on positiivisen +Q ja negatiivisen -Q elektrodin sähkövarauksien itseisarvojen summa (esim. |0| + |-9| = 9) ja U tai ΔV sähköinen potentiaaliero eli jännite elektrodien välillä.^[2]

Kapasitanssi C voidaan ajatella myös kondensaattorin latausvirran i ja jännitteen muutosnopeuden dU/dt suhteena^[3]

${\displaystyle C={\frac {i}{{\rm {d}}U/{\rm {d}}t}}}$

Kondensaattoriin varastoitu energia, eli työ W (joule, j) jonka se voi tehdä on

${\displaystyle W={\frac {1}{2}}CU^{2}={\frac {1}{2}}QU={\frac {1}{2}}{\frac {Q^{2}}{C}}}$

jossa C on kapasitanssi, U jännite-ero ja Q varaus.^[1]

Jos kondensaattorissa jännite on niin suuri, että se ylittää eristeen läpilyöntikestävyyden, tämä aiheuttaa läpilyönnin ja voi rikkoa kondensaattorin.^[1] Muuten kondensaattorin jännitteestä tulee lähes yhtä suuri kuin sitä lataavan pariston jännitteestä: 9 V paristolla kondensaattori saa jännitteen ~9 V. Tässä tapauksessa elektrodien jännitteiksi voidaan merkitä 0 V ja 9 V tai vaikka -3 ja 6 V, kunhan jännite-ero on 9 V, sillä voltti on vertailukohdasta riippuva yksikkö.^[4]

1. ↑ ^{a b c} Knight, Randall Dewey,: Physics for scientists and engineers : a strategic approach : with modern physics, s. 849–859. Boston: Pearson Education, Inc.. OCLC: 756279784. ISBN 9780321740908.
2. ↑ ^{a b} Serway, Raymond A.: Physics for scientists and engineers, s. 740-762. Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Learning, 2010. OCLC: 500920961. ISBN 9781439048443.
3. ↑ Young, Hugh D.: Sears and Zemansky's university physics : with modern physics., s. 909. San Francisco: Pearson Addison Wesley, 2004. OCLC: 52455280. ISBN 0321204697.
4. ↑ Electrical curriculum: What is Voltage? amasci.com. Arkistoitu . ”Volts are always measured along the flux lines of electric field, therefore voltage is always measured between two charged objects. If I start at the negative end of my flashlight battery, I can call that end "zero volts", and so the other end must be positive 1.5 volts. However, if I start at the POSITIVE end instead, then instead the positive battery terminal is zero volts, and the other terminal is negative 1.5 volts. Or, if I start half way between the battery terminals, then one terminal is -.75 volts, and the other terminal is +.75 volts. OK, what is the REAL voltage of the positive battery terminal? Is it actually zero, or actually +1.5, or is it +.75 volts? Nobody can say.” Viitattu 31.1.2018.