Kapasite (elektrik)

Kapasite veya diğer adıyla sığa, bir cismin elektrik yükü depo etme yeteneğidir. Elektrikle yüklenebilen her cisim sığa barındırmaktadır. Enerji depolama aracının en yaygın formu paralel levhalı sığaçlardır. Paralel levhalı sığaçta, sığa iletken levhanın yüzey alanıyla doğru orantılıdır ve levhalar arasındaki uzaklığın ayrımıyla da ters orantılıdır. Eğer levhaların yükleri +q ve –q ise ve V levhalar arasındaki voltajı veriyorsa, sığa C şu şekildedir;

${\displaystyle C={\frac {q}{V}}.}$

Bu da voltaj/akım ilişkisini verir

${\displaystyle I(t)=C{\frac {\mathrm {d} V(t)}{\mathrm {d} t}}.}$

Sığa, iletkenlerin ve yalıtkan maddelerin dielektrik geçirgenliklerinin yalnızca fiziksel boyutlarının (geometri) bir fonksiyonudur. İletkenler ve onların toplam yükleri arasındaki ilişkinin potansiyel farkından bağımsızdır.

Uluslararası Birimler Sistemi’nin kapasite birimi faraddır (simgesi: F), İngiliz fizikçi Michael Faraday’ın adıyla anılmaktadır. 1 farad sığaç, 1 coulomb elektrik yükü ile yüklendiğinde, levhaları arasındaki potansiyel bir fark 1 volt olur.^[1] Tarihsel olarak, bir farad elektriksel ve fiziksel olarak elverişsiz büyüklüğe sahip bir birim olarak kabul edilirdi. Onun alt bölümleri her zaman kullanılır, mikrofarad, nanofarad ve pikofarad olarak adlandırılırdı. Yakın zamanlarda, teknoloji 1 faradlık sığaçlar üretti ve daha da gelişmiş modeli bir pilden bile daha küçük olacak şekilde oluşturdu. Bu tip sığaçlar genellikle daha geleneksel pillerin yerine, enerji depolamak için kullanılır.

Sığaçta birikmiş enerji (joule ile ölçülen), enerji yüklemek için yapılan işe eşittir. Sığası C olan, bir tarafında +q diğer tarafında –q olan bir sığaç düşünün. Dq gibi bir yükün küçük bir elementini bir taraftan diğer tarafa yani potansiyeli farklı olan levhaya taşıdığımızda V= q/C denklemini kullanırız. Bu dW'yi yani burada yapılan işi verir:

${\displaystyle \mathrm {d} W={\frac {q}{C}}\,\mathrm {d} q}$

W (joule) ile ölçülen iş, q (coulomb) yük ve C (farad) kapasitedir.

Sığaçta biriken enerji bu denklemin tümlevlenmesiyle bulunmuştur. Yüksüz sığa ile başlayan (q=0) hareketli yük bir taraftan diğer levhaya, levhalar +Q ve -Q yüküne sahip olana kadar bir W işi yapar:

${\displaystyle \mathrm {d} W={\frac {q}{C}}\,\mathrm {d} q}$

1. ^ "Arşivlenmiş kopya". 27 Nisan 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 8 Haziran 2014.