Elektrische capaciteit

het kunnen opslaan van elektrische lading

Elektrische capaciteit is de elektrische eigenschap van een geleider om elektrische lading op te kunnen slaan, zoals in een condensator of accu. Onderscheiden moeten worden de eigen capaciteit van een geleidend object en de capaciteit ten opzichte van een andere geleider.

Principe van elektrische capaciteit

Capaciteit wordt uitgedrukt in farad. In de praktijk zijn bij zwakstroomelektronica daarvan afgeleide eenheden gangbaar: millifarad (mF) microfarad (μF) en nanofarad (nF).

Eigen capaciteitBewerken

Een geïsoleerd opgestelde geleider kan lading opnemen. Daarbij verandert de potentiaal van de geleider. Hoe meer lading toegevoegd moet worden voor dezelfde toename van de potentiaal, hoe groter de capaciteit. De toegevoegde lading   is recht evenredig met de toename   van de potentiaal, met de capaciteit   als evenredigheidsconstante:

 

CondensatorBewerken

Een condensator bestaande uit twee geleiders, met respectievelijke lading   en  , waarover een potentiaalverschil   staat, heeft een capaciteit

 

ArbeidBewerken

De arbeid  die nodig is om een condensator met capaciteit   op te laden tot een spanning  , is

 

Deze arbeid is gelijk aan de energie die opgeslagen wordt in de condensator.

GeometrieBewerken

De capaciteit van een condensator is afhankelijk van zijn geometrie en van de elektrische eigenschappen van het diëlektricum. De capaciteit neemt toe met de oppervlakte van de geleiders en af met de afstand daartussen.

Vlakke condensatorBewerken

Een condensator bestaande uit twee vlakke platen met oppervlakte   (m2) op een onderlinge afstand   (m) en gescheiden door een vacuüm heeft (bij verwaarlozing van de randeffecten) een capaciteit

  (farad)

Hierin is

 

de elektrische veldconstante.

Het volume is   zodat de energiedichtheid   gegeven wordt door:

 ,

met   de elektrische veldsterkte tussen de platen.

Bolvormige condensatorBewerken

De capaciteit van een condensator bestaande uit twee concentrische sferen met stralen   en   wordt gegeven door

 

Cilindervormige condensatorBewerken

De capaciteit van een condensator bestaande uit twee concentrische cilinders met stralen   en  , en lengte   wordt gegeven door

 

DiëlektricumBewerken

Wanneer tussen de geleiders geen vacuüm is, moet in de formules de constante   vervangen worden door  , waarin   de relatieve diëlektrische constante is van het diëlektricum. Deze dimensieloze grootheid is voor alle materialen groter dan 1. Bij eenzelfde geometrie resulteert de aanwezigheid van een diëlektricum tussen de geleiders dus in een grotere capaciteit. Voor vacuüm geldt  .