Определение за кондензатор с паралелни пластини
Плоскоуспоредният кондензатор е кондензатор, състоящ се от две успоредни пластини или проводящи пластини, като всяка пластина има еднаква площ на напречното сечение (A) и двете пластини са разделени от определено разстояние (d), както е показано на картинката вляво. В тази статия приемаме, че двете проводящи пластини са разделени от вакуум. На картинката едната от проводящите пластини е положително заредена (+Q), докато другата проводяща пластина е отрицателно заредена (-Q), като количеството електрически заряд на всяка пластина е еднакво.
Разликата в електрическия заряд между двете проводящи пластини създава електрическо поле и потенциална разлика между тях. Положително заредената пластина има по-висок потенциал, докато отрицателно заредената пластина има по-нисък потенциал. Както е обяснено в статията за електрическия потенциал , ако има потенциална разлика между двете кондензаторни пластини, в кондензатора има електрическа потенциална енергия. Електрическата потенциална енергия, съхранена в кондензатор, има много приложения.
Фактори, влияещи върху капацитета на кондензатор с паралелни плочи
Кондензаторите първоначално са незаредени или електрически неутрални. За да се заредят, те се зареждат чрез свързване към източник на напрежение, като например батерия, с помощта на кабели. Едната проводяща пластина е свързана към положителния извод на батерията, докато другата проводяща пластина е свързана към отрицателния извод.
Не забравяйте, че еднотипните заряди се отблъскват, докато различнотипните се привличат. Електроните са отрицателно заредени и лесно се движат, защото са разположени на повърхността на атома, докато протоните са положително заредени и не могат да се движат, защото са разположени в ядрото. Ако броят на протоните върху проводяща плоча е по-голям от броя на електроните, плочата е положително заредена. Обратно, ако броят на електроните е по-голям от броя на протоните, плочата е отрицателно заредена.
След като кондензаторът е свързан към батерията, положителният полюс на батерията се зарежда положително, привличайки електрони от проводящата пластина, докато отрицателният полюс на батерията се зарежда отрицателно, отблъсквайки електрони към проводящата пластина. Преносът на електрони между батерията и проводящата пластина кара проводящата пластина, която губи електрони, да се зареди положително, а проводящата пластина, която приема електрони, да се зареди отрицателно. Преносът на електрони спира, когато електрическата потенциална разлика между двете проводящи пластини е равна на електрическата потенциална разлика между двата извода на батерията.
Кондензаторите съхраняват електрически заряд и потенциална енергия . Мярката за способността на кондензатора да съхранява електрически заряд и потенциална енергия се нарича капацитет. Колкото по-голям е съхраненият електрически заряд, толкова по-голяма е потенциалната енергия и толкова по-голям е капацитетът. Какви фактори влияят на капацитета на кондензатор с паралелни плочи?
– Площ на проводящата плоча
Плоските кондензатори съхраняват електрически заряд върху своите проводящи плочи. Малка площ на повърхността на плочите означава, че се съхранява малко заряд; голяма площ на повърхността на плочите означава, че се съхранява голям заряд. Колкото повече заряд се съхранява върху проводящите плочи, толкова по-голяма е електрическата потенциална енергия на кондензатора. Следователно, колкото по-голяма е електрическата потенциална енергия на кондензатора, толкова по-голям е неговият капацитет. Въз основа на този преглед може да се заключи, че капацитетът на кондензатора (C) е пропорционален на площта на проводящите плочи (A).
– Разстояние между двете проводящи пластини
Движението на електроните спира, след като потенциалната разлика между двете проводящи пластини стане равна на потенциалната разлика между двата полюса на батерията. Как може електрическият заряд върху двете проводящи пластини да се увеличи? Един от начините е да се намали разстоянието между двата проводника (намаляване на d). Когато двата проводника са близо един до друг, количеството електрически заряд остава постоянно, така че електрическото поле, създадено от електрическия заряд, има постоянна стойност. Въз основа на уравнението V = E d, когато електрическото поле (E) е постоянно, електрическата потенциална разлика (V) намалява, ако разстоянието между двете проводящи пластини се намали (d).
Потенциалната разлика между двете проводящи пластини намалява, докато стане по-малка от потенциалната разлика между двата извода на батерията. Това кара електроните да се движат отново, докато електрическият заряд на всяка проводяща пластина се увеличи. Движението на електроните спира, след като потенциалната разлика между двете пластини се изравни с потенциалната разлика между двата извода на батерията.
Когато разстоянието между двете проводящи пластини се намали, електрическият заряд върху всяка пластина се увеличава, така че електрическата потенциална енергия в кондензатора също се увеличава. Ако електрическата потенциална енергия в кондензатора се увеличи, капацитетът на кондензатора също се увеличава. Ако разстоянието се намали, зарядът се увеличава, така че капацитетът се увеличава, ако разстоянието се увеличи, зарядът намалява, така че капацитетът намалява. Може да се заключи, че капацитетът на кондензатора (C) е обратно пропорционален на разстоянието между двете проводящи пластини (d).
Уравнение за капацитет за кондензатор с паралелни плочи
По-рано беше обяснено какво влияе на стойността на капацитета на кондензатор с паралелни плочи. Стойността на капацитета може да се определи ясно чрез изчисления, използващи уравнения. В статията за определяне на електрическото поле, използвайки закона на Гаус, беше обсъдена формулата за изчисляване на електрическото поле в близост до електрически заредена проводяща плоча, която е E = σ/εo , където σ = Q/A, така че уравнението на електрическото поле се променя на E = Q/A : εo = Q/A x 1/ εo = Q/Aεo . Уравнението на електрическия потенциал е V = E d, където E = Q/Aεo , така че уравнението се променя на V = Qd/Aεo . Уравнението на капацитета е C = Q/V, където V = Qd/Aεo , така че уравнението на капацитета се променя на C = Q : Qd/Aεo = Q x Aεo / Qd = Aεo / d.
Въз основа на уравнението за капацитет C = A ε o / d може да се заключи, че капацитетът (C) е пропорционален на повърхността (A) и обратно пропорционален на разстоянието (d) между двете проводящи пластини.
Описание на формулата: E = електрическо поле, σ = плътност на заряда, εo = диелектрична проницаемост на празно пространство = 8,85 x 10⁻¹² F /m, Q = електрически заряд, A = площ на проводящата плоча, V = електрическа потенциална разлика.
