Вызначэнне кандэнсатара з паралельнымі пласцінамі
Кандэнсатар з паралельнымі пласцінамі — гэта кандэнсатар, які складаецца з дзвюх паралельных пласцін або праваднікоў, кожная з якіх мае аднолькавую плошчу папярочнага сячэння (А), і дзве пласціны знаходзяцца на пэўнай адлегласці (d) адна ад адной, як паказана на малюнку злева. У гэтым артыкуле выкажам здагадку, што дзве праваднікоў падзеленыя вакуумам. На малюнку адна з праваднікоў зараджана станоўча (+Q), а другая — адмоўна (-Q), прычым колькасць электрычнага зарада на кожнай пласціне аднолькавая.
Розніца ў электрычным зарадзе паміж двума праводзячымі пласцінамі стварае электрычнае поле і рознасць патэнцыялаў паміж імі. Дадатна зараджаная пласціна мае больш высокі патэнцыял, а адмоўна зараджаная пласціна — меншы. Як тлумачыцца ў артыкуле пра электрычны патэнцыял , калі паміж двума пласцінамі кандэнсатара існуе рознасць патэнцыялаў, у кандэнсатары існуе электрычная патэнцыяльная энергія. Электрычная патэнцыяльная энергія, якая захоўваецца ў кандэнсатары, мае шмат ужыванняў.
Фактары, якія ўплываюць на ёмістасць пласціністага кандэнсатара
Кандэнсатары першапачаткова не зараджаныя або электрычна нейтральныя. Каб зарадзіць іх, іх зараджаюць, падлучаючы да крыніцы напружання, напрыклад, да акумулятара, з дапамогай кабеляў. Адна правадная абалонка падключана да станоўчага вываду акумулятара, а другая — да адмоўнага.
Памятайце, што аднаіменныя зарады адштурхоўваюцца, а разнаіменныя прыцягваюцца. Электроны маюць адмоўны зарад і лёгка рухаюцца, бо знаходзяцца на паверхні атама, тады як пратоны маюць дадатны зарад і не могуць рухацца, бо знаходзяцца ў ядры. Калі колькасць пратонаў на праводзячай пласцінцы перавышае колькасць электронаў, пласціна мае дадатны зарад. І наадварот, калі колькасць электронаў перавышае колькасць пратонаў, пласціна мае адмоўны зарад.
Пасля падключэння кандэнсатара да акумулятара станоўчы полюс акумулятара зараджаецца станоўча, прыцягваючы электроны ад правадной пласціны, а адмоўны полюс акумулятара зараджаецца адмоўна, адштурхоўваючы электроны да правадной пласціны. Перадача электронаў паміж акумулятарам і правадной пласцінай прыводзіць да таго, што правадная пласціна, якая губляе электроны, зараджаецца станоўча, а правадная пласціна, якая атрымлівае электроны, зараджаецца адмоўна. Перадача электронаў спыняецца, калі рознасць электрычных патэнцыялаў паміж двума праваднымі пласцінамі роўная рознасці электрычных патэнцыялаў паміж двума вывадамі акумулятара.
Кандэнсатары назапашваюць электрычны зарад і патэнцыяльную энергію . Мера здольнасці кандэнсатара назапашваць электрычны зарад і патэнцыяльную энергію называецца ёмістасцю. Чым большы назапашаны электрычны зарад, тым большая патэнцыяльная энергія і тым большая ёмістасць. Якія фактары ўплываюць на ёмістасць кандэнсатара з паралельнымі пласцінамі?
– Плошча паверхні правадной пласціны
Кандэнсатары з паралельнымі пласцінамі назапашваюць электрычны зарад на сваіх праводзячых пласцінах. Малая плошча паверхні пласцін азначае, што назапашваецца мала зараду; вялікая плошча паверхні пласцін азначае, што назапашваецца вялікі зарад. Чым больш зараду назапашваецца на праводзячых пласцінах, тым большая электрычная патэнцыяльная энергія кандэнсатара. Такім чынам, чым большая электрычная патэнцыяльная энергія кандэнсатара, тым большая яго ёмістасць. Зыходзячы з гэтага агляду, можна зрабіць выснову, што ёмістасць кандэнсатара (C) прапарцыйная плошчы паверхні праводзячых пласцін (A).
– Адлегласць паміж двума праваднікавымі пласцінамі
Рух электронаў спыняецца пасля таго, як рознасць патэнцыялаў паміж двума праваднікавымі пласцінамі стане роўнай рознасці патэнцыялаў паміж двума полюсамі батарэі. Як можа павялічыцца электрычны зарад на дзвюх праваднічных пласцінах? Адзін са спосабаў — паменшыць адлегласць паміж двума праваднікамі (паменшыць d). Калі два праваднікі збліжаюцца, колькасць электрычнага зарада застаецца пастаяннай, таму электрычнае поле, якое ствараецца электрычным зарадам, мае пастаяннае значэнне. Зыходзячы з ураўнення V = E d, калі электрычнае поле (E) пастаяннае, рознасць электрычных патэнцыялаў (V) памяншаецца, калі адлегласць паміж двума праваднікавымі пласцінамі памяншаецца (d).
Розніца патэнцыялаў паміж двума праводзячымі пласцінамі памяншаецца, пакуль не стане меншай за рознасць патэнцыялаў паміж двума вывадамі батарэі. Гэта прымушае электроны зноў рухацца, пакуль электрычны зарад на кожнай праводзячай пласціне не павялічыцца. Рух электронаў спыняецца, як толькі розніца патэнцыялаў паміж двума пласцінамі зраўняецца з рознасцю патэнцыялаў паміж двума вывадамі батарэі.
Калі адлегласць паміж двума праваднікавымі абкладкамі памяншаецца, электрычны зарад на кожнай абкладцы павялічваецца, таму электрычны патэнцыял у кандэнсатары таксама павялічваецца. Калі электрычны патэнцыял у кандэнсатары павялічваецца, ёмістасць кандэнсатара таксама павялічваецца. Калі адлегласць памяншаецца, зарад павялічваецца, таму ёмістасць павялічваецца, калі адлегласць павялічваецца, зарад памяншаецца, таму ёмістасць памяншаецца. Можна зрабіць выснову, што ёмістасць кандэнсатара (C) адваротна прапарцыйная адлегласці паміж двума праваднікавымі абкладкамі (d).
Ураўненне ёмістасці для кандэнсатара з паралельнымі пласцінамі
Раней было растлумачана, што ўплывае на значэнне ёмістасці пласціністага кандэнсатара. Значэнне ёмістасці можна дакладна вызначыць з дапамогай разлікаў з выкарыстаннем ураўненняў. У артыкуле пра вызначэнне электрычнага поля з дапамогай закона Гаўса абмяркоўвалася формула для разліку электрычнага поля паблізу электрычна зараджанай правадніковай пласціны: E = σ/ε₂o , дзе σ = Q/A, таму ўраўненне электрычнага поля змяняецца на E = Q/A : ε₂o = Q/A x 1/ ε₂o = Q/Aε₂o . Ураўненне электрычнага патэнцыялу мае выгляд V = E₂d, дзе E = Q/Aε₂o, таму ўраўненне змяняецца на V = Qd/Aε₂o . Ураўненне ёмістасці мае выгляд C = Q/V, дзе V = Qd/Aε₂o, таму ўраўненне ёмістасці змяняецца на C = Q : Qd/Aε₂o = Q x Aε₂o / Qd = Aε₂o / d.
Зыходзячы з ураўнення ёмістасці C = A ε o / d, можна зрабіць выснову, што ёмістасць (C) прапарцыйная плошчы паверхні (A) і адваротна прапарцыйная адлегласці (d) паміж двума правадніковымі абкладкамі.
Апісанне формулы: E = электрычнае поле, σ = шчыльнасць зарада, εo = дыэлектрычная пранікальнасць пустой прасторы = 8,85 x 10⁻¹² Ф /м, Q = электрычны зарад, A = плошча паверхні правадной пласціны, V = рознасць электрычных патэнцыялаў.
