Τι είναι η χωρητικότητα;

Η ικανότητα συγκράτησης ενός ηλεκτρικού φορτίου είναι γνωστή ως χωρητικότητα τάσης. Βρίσκεται πιο συχνά σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία, τα οποία ασκούν κάποιο είδος φυσικής δύναμης στα σωματίδια. Η δύναμη προκαλεί την κίνηση των σωματιδίων, η οποία έχει ως αποτέλεσμα ένα ηλεκτρικό φορτίο.
Τα ηλεκτρονικά χρησιμοποιούν την χωρητικότητα ως βασικό εξάρτημα. Οι συσκευές γνωστές ως ημιαγωγοί βοηθούν τη ροή των ηλεκτρονίων μέσω αγωγών από μη μεταλλικά υλικά. Συνεργάζονται με άλλες ηλεκτρονικές συσκευές, κυρίως με πυκνωτές, για να κάνουν αυτή τη ροή να λειτουργεί με ρεύμα και να ελέγχουν μεγάλη ποσότητα εξαρτημάτων.

Οι πυκνωτές είναι το κύριο στοιχείο που αξιοποιεί το ηλεκτρικό φορτίο. Πρόκειται ουσιαστικά για ένα ζεύγος αγωγών που περιέχουν κινητό ηλεκτρικό φορτίο που χωρίζεται από ένα διηλεκτρικό ή μονωτή. Για να υπάρχει ένα ηλεκτρικό πεδίο μέσα στον μονωτή, πρέπει να υπάρχει μια διαφορά μεταξύ της τάσης κάθε αγωγού — αυτή είναι γνωστή ως διαφορά δυναμικού. Καθώς η ενέργεια αποθηκεύεται, παράγεται μια μηχανική δύναμη μεταξύ των αγωγών. Αυτό είναι πιο συνηθισμένο μεταξύ επίπεδων και στενά διαχωρισμένων αγωγών.

Όταν δύο πυκνωτές τοποθετούνται κοντά ο ένας στον άλλο για μια χρονική περίοδο, δημιουργούν ένα φαινόμενο που είναι γνωστό ως «αδέσποτη χωρητικότητα». Αυτό σημαίνει ότι το ηλεκτρικό φορτίο χάνει μέρος του σήματος του και αρχίζει να διαρρέει μέσα στα απομονωμένα ρεύματα. Το αποτέλεσμα είναι επιζήμιο για τη σωστή λειτουργία των ρευμάτων υψηλής συχνότητας.

Η αυτο-χωρητικότητα πρέπει επίσης να χρησιμοποιείται σε έναν αριθμό ηλεκτρικών συσκευών. Αυτό συμβαίνει αυξάνοντας το ηλεκτρικό φορτίο κατά την ποσότητα που απαιτείται για να αυξηθεί το δυναμικό κατά ένα βολτ. Ένας τρόπος για να συμβεί αυτό είναι τοποθετώντας μια κοίλη αγώγιμη σφαίρα μεταξύ του αγωγού, η οποία κάνει τον πυκνωτή να ρυθμίζεται από μόνος του όσον αφορά το ηλεκτρικό φορτίο.

Η χωρητικότητα θεωρείται γενικά το αντίστροφο της επαγωγής, η έννοια της αντίστασης σε μια αλλαγή στη ροή του ρεύματος. Και τα δύο φαινόμενα μπορούν να μετρηθούν αντικαθιστώντας τον αριθμό τάσης και ρεύματος σε κάθε εξίσωση με την αντίθετη μέτρηση. Με τον ίδιο τρόπο, ένας επαγωγέας θα αντισταθμίσει τη λειτουργία ενός πυκνωτή.

Η συγκράτηση ενός ηλεκτρικού φορτίου μετριέται σε φαράντ. Αυτή είναι η ποσότητα του δυναμικού ηλεκτρικού φορτίου που μπορεί να αλλάξει ένα βολτ μέσα σε έναν πυκνωτή. Μετρά επίσης την ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου που μπορεί να μεταφερθεί σε ένα δευτερόλεπτο από ένα σταθερό ρεύμα.
Η έννοια της χωρητικότητας επινοήθηκε για πρώτη φορά το 1861 από τον James Clerk Maxwell. Εφηύρε την έννοια του ρεύματος μετατόπισης, που είναι ο ρυθμός μεταβολής εντός του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Ο Maxwell κατανοούσε τις έννοιες των μονωτών και τον τρόπο με τον οποίο ο ηλεκτρισμός διέρρεε μέσα από αυτούς, καθώς και πώς η ηλεκτροκινητική δύναμη θα παρήγαγε μια κατάσταση πόλωσης στα μέρη του.