Почему емкость указывается как постоянная величина в фарадах, а не как максимальный заряд в кулонах?

Физический смысл емкости точно определяется выражением$\mathrm{d}Q=C\cdot \mathrm{d}V$:$C$говорит вам, сколько заряда будет в конденсаторе на приложенное напряжение.

1. Для всех конденсаторов линейность сохраняется довольно хорошо. Вообще говоря, емкость задается кривой QV, которая может состоять из линейной области, области насыщения и области пробоя ( "перегрузка" конденсатора, т.е. его поджаривание, вероятно, убивает линейную зависимость...). Ток утечки также не учитывается в линеаризованном$Q=CV$уравнение.

2. Нет,$Q_{max}$это всего лишь один параметр конденсатора, который зависит от напряжения пробоя. В обычном режиме конденсаторы обычно не сохраняют «максимально возможный заряд», который могли бы, именно потому, что они следуют$Q = CV$, и зная$Q_\text{max}$сама по себе не предоставила бы информацию о поведении Q(V) до этого момента. Емкость говорит вам, сколько заряда будет хранить вещь, если вы приложите к ней заданное напряжение.$Q_\text{max}$просто говорит вам, когда он полон.

Стоит обратить внимание на разницу между емкостью и емкостью . Вы хотите, чтобы последнее имело значение первого - вместо этого оно просто описывает, насколько увеличивается напряжение при добавлении заряда. Он не сообщает нам, когда конденсатор «полный» — для этого вам нужно знать номинальное напряжение, а также емкость.

Когда в цепи используется конденсатор, вам нужно знать, что происходит с напряжением, когда через него протекает ток, точно так же, как вы делаете это для резистора. На самом деле, когда вы используете сложную запись, вы можете написать$Z$, импеданс (это красивое слово для комплексного сопротивления, особенно для вещей, которые не являются идеальными резисторами) как

Это близкое сходство позволяет рассчитать токи в сети резисторов и конденсаторов - используйте Z так же, как вы использовали бы R, и запишите все уравнения; в конце подставив Z на вышесказанное вы найдете комплексное сопротивление сети - и как по волшебству сможете определить и амплитуду и фазу токов в сети.

Так что да - это действительно полезно, что такое количество существует.

PS - во многих языках нет другого слова для емкости и емкости. Например, в голландском и немецком языках для обоих понятий используется одно и то же слово (capaciteit в голландском и Kapazität в немецком). Я подозреваю, что многие другие языки такие же. Это еще больше усложняет понимание того, что между понятиями существует очень реальная разница!

Уравнение для емкости: Q=CV или V=1CQ. Я не понимаю, каков физический смысл этого "C":

Изменяется ли заряд в системе линейно с напряжением при любых обстоятельствах?

Эта первая часть представляет собой описание поведения «идеального» конденсатора. Поскольку это идеализация, ее легко охарактеризовать как линейный компонент, поведение которого можно легко рассчитать. В качестве концепции это дает ей общую применимость во многих реальных ситуациях, где важные и достоверные результаты могут быть получены путем аппроксимации беспорядочного, неточного, нелинейного поведения вещей с помощью идеализированных компонентов с учетом некоторых ограничений (таких как ограничение характеристики системы до небольшой диапазон напряжений и/или токов).

Неидеальные конденсаторы не будут вести себя таким образом, но эта линейная модель емкости настолько полезна и настолько широко применима в современной теории повседневных электронных цепей, что запутанные, общие, нелинейные формы даже не рассматриваются.

Что касается площади пластин... кажется интуитивно очевидным, что накопление заряда в "конденсаторе" должно быть прямо пропорционально некоторой мере, относящейся к "емкости". В свободно проводящей среде электрическое поле однородно, поэтому единственным другим параметром, который может обеспечить большую емкость, является площадь пластины: больше зарядов требует большей площади для распространения, если электрическое поле должно оставаться однородным при одном значении. .

По характеру вопроса это кажется лучшим ответом, который можно дать «интуитивно», не вдаваясь в подробности о законе Гаусса и других аспектах электростатики.