Elektrimahtuvus (0)

5 Elektrimahtuvus  
 
 
 
 
 
 
 
5.1 Elektrilaeng ja elektriväli (põhikooli füüsikakursusest) 
Elektrilaeng on füüsikaline suurus, mis iseloomustab 
laetud kehade elektrilise vastastikmõju tugevust. 
Elektrilaengu tähiseks on Q. Keha elektrilaeng on 
elementaarlaengu täisarvkordne  Q = ±
ne   
Elektrilaengu ühikuks on 1 kulon , lühendatult 1 C. 
Sellele ühikule on nimi antud prantsuse füüsiku ja 
inseneri Charles  Augustin de Coulombi (1736—
1806) auks, kes avastas elektriseeritud kehade 
vastastikmõju seaduse. 
1 kulon on elektrihulk, mis läbib juhi 
ristlõiget 1 sekundi jooksul kui voolu-
tugevus on 1 amper  
ehk 
1 kulon = 1 ampersekund 
Elektrilaenguga kehasid ümbritseb elektriväli, mis 
vahendab  laetud kehade vastastikmõju. Elektriväli ei 
koosne aineosakestest. Inimene ei tunneta 
elektrivälja. Elektrivälja olemasolu saab kindlaks 
teha laetud kehaga . 
Elektrivälja mistahes punktis mõjub laetud kehale 
alati kindla suuruse ja suunaga jõud, mis paneb 
selle keha liikuma.  
Laetud keha ümbritsev elektriväli on seda tugevam, 
mida suurem on keha elektrilaeng. 
5.2 Mahtuvuse mõiste 
Mahtuvuseks nimetatakse kondensaatori võimet 
salvestada elektrilaengut. Mahtuvust mõõdetakse 
laenguga, mis tõstab juhi pinget ühe ühiku võrra: 
Q
C =
 
U
C 
mahtuvus  faradites (F) 
Q 
elektrilaeng kulonites (C),  
 
 
1 kulon = 1 amper · 1 sekund 
U 
juhi potentsiaal voltides (V) 
1 farad on sellise elektrijuhi mahtuvus, millele 1 
kuloni suuruse laengu andmine tõstab pinget 1 voldi 
võrra. 
Inglise füüsik  Michael Faraday  (1791—1867) on 
elektromagnetvälja mõiste looja. 
Farad on ülisuur mahtuvusühik. Praktikas 
mõõdetakse mahtuvusi tavaliselt mikro- ja 
pikofaradites. 
62   
1
1 mikrofarad = 1 µF  =
F = 10-6 F 
1000000
1
1 nanofarad = 1 nF  =
F = 10-9 F 
1000 000 000
1
1 pikofarad = 1 pF  =
F = 10-12 F 
1000 000 000 000
Mahtuvus ei sõltu juhi materjalist. Ühesuuruste vask- 
ja alumiiniumkuulide mahtuvused on  ühesuurused . 
Mahtuvus ei sõltu ka keha massist. Kui kaks 
ühesuuruse massiga keha on erineva kujuga, siis on 
ka nende mahtuvused erinevad. 
Juhi mahtuvus sõltub juhi pinna  suurusest . Mida 
suurem pind, seda suurem on mahtuvus. 
5.3 Kondensaator  
Kehade mahtuvusele avaldavad mõju läheduses 
asuvad teised kehad. Mida lähemal on kehad 
teineteisele, seda suurem on mahtuvus. Sel juhul 
tuleb rääkida kehade kogumi mahtuvusest. 
Kahe keha vaheline mahtuvus on võrdne laengu 
suurusega, mis on vaja anda ühele neist kehadest, 
et nende kehade vaheline pinge muutuks ühe ühiku 
võrra: 
Q
C =
 
U
Kaht dielektrikuga eraldatud metallplaati või 
mistahes kujuga elektrijuhti – elektroodi – 
nimetatakse kondensaatoriks. Kondensaatori 
mahtuvus on oluliselt suurem  üksiku  elektroodi 
mahtuvusest. 
Lihtsaim on lamekondensaator, mille elektroodideks 
on kaks ühesugust teineteisega rööpset metallplaati. 
Plaatide vahel on isoleeraine – dielektrik  – , õhk, 
vilk, portselan , kile, elektrolüüt jne. 
 
Kui kondensaator ühendada alalisvooluallikaga, 
kogunevad elektroodidele laengud , mis on suuruselt 
võrdsed, kuid vastasmärgilised. Laengute toimel 
tekib dielektrikus  homogeenne elektriväli 
Q
U
E =
= ,
ε
 
S
d
a
E 
elektrivälja tugevus  volti meetri kohta (V/m) 
Q 
laeng kulonites (C) 
εa 
absoluutne dielektriline läbitavus faradites 
 
meetri kohta (F/m) 
S 
plaatide kohakutiolev pindala ruutmeetrites (m2) 
 
63 
U 
pinge voltides (V) 
d 
plaatidevaheline kaugus meetrites (m) 
Lamekondensaatori mahtuvus 
Q
ε S ε ε S
C
r
a
0
= =
 
U
d
d
εr 
suhteline dielektriline läbitavus 
ε0 
elektriline konstant: 8,85·10–12 F/m 
Mõne aine suhteline elektriline läbitavus εr: 
Õhk 
  1 
Isoleerõli 
 
2 … 2,8 
Kondensaatorpaber 
4 … 8 
Portselan, klaas 
3 … 6 
Keraamika 
 
10 … 10 000 
Polüester    3,3 
 
polükarbonaat  
2,8 
Mahtuvuse suurendamiseks  valmistatakse 
kondensaatorid tavaliselt mitmeplaadilised.  
      
 
 
Mitmeplaadilise kondensaatori mahtuvus 
ε S
C = (n – )
1
a
,  
d
C 
mahtuvus faradites (F) 
n plaatide 
arv 
Suurem mahtuvus on kondensaatoril, millel on 
suurem kohakutiolev elektroodipind S, suurem 
dielektrilise läbitavusega dielektrik, väiksem 
plaatidevaheline kaugus d. Plaatidevahelise 
kauguse vähendamisega kaasneb suurem 
väljatugevus 
U
E =
,  
d
mis ei tohi ületada kasutatavale dielektrikule 
lubatavat suurimat väärtust. Vastasel  korral tekib 
elektriline läbilöök, mis rikub kondensaatori. 
Kondensaatorile märgitaksegi ta mahtuvus mikro- 
või pikofaradites ja suurim lubatav tööpinge voltides. 
5.4 Ülikondensaator  
20. sajandi lõpul õpiti veelgi suurendama 
kondensaatori mahtuvust. Selleks hakati valmistama 
kondensaatoriplaate erilisest väga poorsest  söest. 
Niisuguse söeplaadi 1 grammi aktiivpind on umbes 
64   
2000 m2. Elektroodide vahet ja poore täidab 
elektrolüüt. Nii on jõutud kondensaatoriteni, mille 
mahtuvus on mõõdetav faradites ja isegi 
kilofaradites. Erinevana tavalistest on neid hakatud 
nimetama ülikondensaatoriteks. 
Ülikondensaatorid kujunevad ilmselt varsti 
arvestatavateks energiasalvestiteks – nad 
võimaldavad sama massi juures salvestada umbes 
100 korda suuremat energiahulka ning on umbes 10 
korda võimsamad kui tavaline kondensaator. 
Ettekujutuseks väike energiasalvestite võrdlus: 
 
Üli -
Tavaline 
Pliiaku  
kondensaator  kondensaator 
Laadimisaeg 
1...5 h 
0,3...30 s 
10-3...10-6 s 
Tühjendamisaeg 
0,3...3 h 
0,3...30 s 
10-3...10-6 s 
Erienergia, Wh/kg 
10...100 
1...10 Wh/kg 
500 000 
>500 000 
Erivõimsus, W/kg