Kapasitans

Kapasitans er en fysisk-elektrisk egenskap for to nærliggende, isolerte elektriske ledere. Egenskapen kapasitans fører til at det må tilføres elektrisk energi for å legge en potensialforskjell (spenning) mellom lederne.

Energien inneholdes i et elektrisk felt som oppstår mellom lederne. Feltet er ikke avhengig av stoff (materie) mellom lederne, men oppstår også i et vakuum. Stoffer mellom lederne forandrer likevel feltets egenskaper slik at kapasitansen øker. Et stoff som målbevisst brukes til dette, kalles et dielektrikum.

Egenskapen kapasitans utnyttes primært i elektriske komponenter som kalles kondensatorer. I en kondensator legges lederne nære hverandre og de har et felles areal.

Mengden av energi som må tilføres for å øke spenningen mellom lederne beskriver kapasitansens størrelse, kapasiteten. Denne måles i F, farad, en avledet SI-enhet som har symbolet C. Farad er oppkalt etter den engelske fysikeren Michael Faraday (1791 til 25. august 1867). I CGS-systemet (Centimeter-Gram-Sekund) blir kapasitans målt i cm (centimeter), hvor 1 cm tilsvarer 1.113 pF i SI-systemet.

Energien i feltet holdes av en elektrisk ladning, som tilsvarer et antall elektroner. Den ene lederen har et overskudd og den andre et underskudd av elektroner. Ladningen måles i As (ampere-sekunder) og har symbolet Q.

Matematisk er sammenhengen mellom kapasitet, ladning og spenning gitt av:

$C = \frac{Q}{U}$

Det elektriske feltet mellom lederne oppstår på grunn av spenningsdifferansen og har en feltstyrke gitt av spenningen og avstanden mellom lederne. Feltstyrken måles i V/m.

F er en meget stor enhet. Et SI-prefiks benyttes så godt som alltid for kapasitetsangivelse, med μ som den normalt største benyttede enhet. Man oppgir kapasiteten på en stor kondensator som 47 000 μF i stedet for den mere nærliggende betegnelsen 47 mF. Prefikser ned til pico, som i pF, benyttes. 1 pF er den minste komponentverdien i bruk, 10 F eller så den største.

Kapasiteten bestemmes fysisk av platenes areal A i m², avstanden mellom dem d i m og permittiviteten $\epsilon$ (-) til stoffet mellom platene og vakuumets permittivitet $\epsilon_0$ i F/m. Se kondensator (elektrisk) for utdypelse.

$\ C = \varepsilon_0 \cdot \varepsilon \cdot {A\over d}$

hvor A >> d².

$\varepsilon_0$ er vakuumets permittivitet (F/m)

$\varepsilon$ er dieklektrikumets permittivitet (ubenevnt)

A er det felles arealet (m²)

d er avstanden mellom platene (m)