Mahtuvus

(Ümber suunatud leheküljelt Elektrimahtuvus)
Suuruse nimi Mahtuvus
Suuruse tähis C
SI ühiku nimi farad
SI ühiku tähis F

Elektrimahtuvus (lühemalt mahtuvus) on füüsikaline suurus, mis iseloomustab elektrit juhtiva keha või kondensaatori võimet salvestada elektrilaengut. Mahtuvuse tähis on (ladina keele sõnast capacitas, mahutavus) ja mõõtühik farad (inglise füüsiku Michael Faraday järgi).

Mahtuvust mõõdetakse elektrilaenguga , mis tõstab keha potentsiaali või kondensaatori elektroodide (plaatide) vahelist pinget ühe ühiku (voldi) võrra:

või

kus

on mahtuvus faradites (F);
on laeng kulonites (C);
on juhtiva keha potentsiaal voltides (V) lõpmatuse suhtes (selle potentsiaal loetakse üldiselt nulliks);
on pinge voltides (V) kondensaatori elektroodide vahel, mis kannavad laenguid ja .

Kuigi mahtuvus on igal füüsikalisel kehal või süsteemil, millesse elektrilaeng võib salvestuda, siis praktikas on see mõiste enamasti kasutusel kondensaatori tunnussuurusena.

Kondensaatorisse salvestatud energia

muuda

Kondensaatorisse salvestatud energia on võrdne tööga, mis on vajalik laengu viimiseks laadimisallikast kondensaatori elektroodidele:

 

kus

  on energia džaulides (J);
  on mahtuvus faradites (F).
  on pinge kondensaatori elektroodide vahel voltides (V).

Näiteks superkondensaatorisse 100 F, 3 V salvestub energia

 

Pinge laetud kondensaatoril on niisama suur kui laadimisallikal

Mahtuvuse arvutusvalemeid

muuda

Mahtuvus ise ei sõltu pingest ega laengust, see sõltub vaid kondensaatori elektroodide kujust, mõõtmetest ja vastastikusest asetusest ning nendevahelise keskkonna dielektrilisest läbitavusest.

Liik Mahtuvus Joonis
Plaatkondensaator    
Koaksiaalkaabel või
silindriline kondensaator
   
Kerakondensaator    
Kera, kui R2 on
lõpmatult suur
 
Paralleelsed silindrid    
Tasapinnaga rööbitine juhe    
d > R
Kaks kera raadiusega a    

Kerade vahekaugus d on palju suurem kui raadius a

Kera raadiusega a  
Ketas raadiusega a  

Valemitähiste selgitus: A – elektroodi pindala; d – elektroodide vahekaugus; l – elektroodi pikkus; R1, R2 – elektroodi raadius; dielektriku absoluutne dielektriline läbitavus  , milles   on elektriline konstant ja   dielektriku suhteline dielektriline läbitavus.

Mahtuvustakistus

muuda

Mahtuvust omav elektriahela element avaldab vahelduvvoolule mahtuvuslikku reaktiivtakistust, mida nimetatakse ka mahtuvustakistuseks. Mahtuvustakistus  on pöördvõrdeline vahelduvvoolu sagedusega   ja mahtuvusega  :

 

Vaata ka

muuda