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