Kapacita a kondenzátor

Teraz sa dostávame k otázke, ktorá nás privedie k druhej polovici lekcie. Koľko náboja vie teleso vôbec udržať?

Vezmime si vodič. V neutrálnom stave má rovnaký počet protónov a elektrónov, takže jeho celkový náboj je nula. Keď ho napojíme na zdroj, ten mu môže buď dodávať elektróny, čím vodič získa záporný náboj, alebo mu ich naopak odsávať, čím získa kladný náboj.

Budeme ďalej hovoriť o kladnom náboji, no všetko platí rovnako aj pre záporný.

S nábojom vodiču narástla aj jeho potenciálna energia, pozor, nie gravitačná. Dá sa to však s gravitáciou pekne prirovnať. Keď chceš vyhodiť loptu nahor, dodáš jej energiu a tá sa premení na gravitačnú potenciálnu energiu, lopta sa dostane vyššie. Tu je to úplne analogické, len namiesto lopty máš vodič a nezvyšuješ mu výšku, ale potenciál, a to tým, že mu dodávaš náboj. Zem berieme ako referenciu s nulovým potenciálom, nabitý vodič má potenciál vyšší, a tomuto rozdielu potenciálov hovoríme napätie U.

Keď budeme dodávať stále viac náboja, napätie bude rásť, ale ich pomer zostáva pre dané teleso stále rovnaký:

Tento pomer nazývame kapacita vodiča. Závisí len od veľkosti a tvaru vodiča a od prostredia, ktoré ho obklopuje, no nezávisí od materiálu. Či je vodič z medi, hliníka alebo zo zlata, na kapacitu to nemá vplyv, rozhoduje jedine geometria. Kapacita teda hovorí, koľko náboja dokáže teleso na sebe udržať pri danom napätí. Jej jednotkou je farad, ktorý z definície vychádza priamo ako $\mathrm{F = C \cdot V^{-1}}$. Farad je obrovská jednotka, a tak v praxi pracujeme skôr s mikrofaradmi, nanofaradmi a pikofaradmi.

Samostatný vodič má pomerne malú kapacitu. Dá sa to však zariadiť oveľa šikovnejšie, ak postavíme dva vodiče blízko seba a oddelíme ich dielektrikom. Tak vznikne kondenzátor. Na jednu platňu privedieme náboj $+Q$, na druhú $-Q$, medzi platňami vznikne homogénne pole a napätie $U$, pričom pomer $Q/U$ je opäť kapacita, tentoraz omnoho väčšia než pri samostatnom vodiči, pretože druhá platňa tej prvej pomáha náboj udržať.