====== 02. Ładunek elektryczny i pojemność kondensatora ======

==== Ładunek elektryczny ====

Ładunek elektryczny to podstawowa wielkość fizyczna opisująca właściwości materii związane z oddziaływaniami elektromagnetycznymi.

  * Symbol: \( Q \)
  * Jednostka w układzie SI: kulomb [C]
  * Ładunek elementarny:  
$$
e = 1{,}602 \times 10^{-19} \text{ C}
$$
— jest to ładunek pojedynczego elektronu (ujemny) lub protonu (dodatni).

==== Definicja ładunku ====

Ładunek elektryczny jest własnością cząstek elementarnych i ciał, które mogą oddziaływać elektromagnetycznie. Ładunki o tych samych znakach odpychają się, a o przeciwnych przyciągają.

==== Pojemność kondensatora ====

Kondensator to element obwodu, który magazynuje ładunek elektryczny w polu elektrycznym między dwiema przewodzącymi okładkami oddzielonymi dielektrykiem.

  * Symbol pojemności: \( C \)
  * Jednostka: farad [F]
  * Definicja pojemności:

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

gdzie:
  - \( Q \) — ładunek zgromadzony na okładkach kondensatora [C],
  - \( U \) — napięcie między okładkami [V].

==== Interpretacja ====

Pojemność kondensatora określa, jak dużą wartość ładunku może zgromadzić przy określonym napięciu.

==== Wzór na pojemność kondensatora płaskiego ====

Dla kondensatora złożonego z dwóch równoległych płaskich okładek o powierzchni \( S \), oddzielonych dielektrykiem o grubości \( d \) i przenikalności elektrycznej względnej \( \varepsilon_r \), pojemność wyraża się wzorem:

$$
C = \varepsilon_0 \varepsilon_r \frac{S}{d}
$$

gdzie:

  * \( \varepsilon_0 \approx 8{,}854 \times 10^{-12} \, \text{F/m} \) — przenikalność elektryczna próżni,
  * \( \varepsilon_r \) — względna przenikalność dielektryka,
  * \( S \) — powierzchnia okładek [m²],
  * \( d \) — odległość między okładkami [m].

==== Jednostki pojemności ====

  * 1 farad (F) = 1 coulomb na wolt (C/V) — bardzo duża pojemność,
  * częściej stosuje się podwielokrotności:
    - mikrofarad (\( \mu F = 10^{-6} F \)),
    - nanofarad (nF = \( 10^{-9} F \)),
    - pikofarad (pF = \( 10^{-12} F \)).

==== Znaczenie w obwodach elektrycznych ====

  * Kondensatory magazynują ładunek i energię elektryczną,
  * Filtrują sygnały, wygładzają napięcia,
  * W obwodach prądu zmiennego stanowią elementy reaktancyjne,
  * Stosowane w układach czasowych, oscylatorach i wielu innych.

==== Podsumowanie ====

  * Ładunek elektryczny to miara ilości elektryczności.
  * Pojemność kondensatora definiuje zależność między ładunkiem a napięciem.
  * Pojemność zależy od budowy kondensatora i właściwości dielektryka.