Определение на кондензатор с паралелни пластини
Плоският кондензатор е кондензатор, който се състои от две успоредни проводящи пластини, всяка от които има еднаква площ на напречното сечение (A) и две пластини, разделени от определено разстояние (d), както е показано на фигурата вляво. Едната от проводящите пластини е положително заредена (+Q), докато другата проводяща пластина е отрицателно заредена (-Q), където количеството електрически заряд на всяка плоча е еднакво. За да не се премести зарядът към молекулата на въздуха, кондензаторът е изолиран от околната среда и между двете плочи има вакуум.
Разликата във видовете електрически заряди в двете проводящи пластини създава електрическо поле и електрическа потенциална разлика между двете пластини. Положително заредената пластина има по-висок електрически потенциал, докато отрицателно заредената пластина има по-нисък електрически потенциал. Както е обяснено в темата за електрическия потенциал, ако има електрическа потенциална разлика между двете пластини на кондензатора, в кондензатора има електрическа потенциална енергия. Електрическата потенциална енергия, съхранена в кондензаторите, има много приложения.
Фактори, влияещи върху капацитета на кондензатора с паралелни плочи
Кондензаторът първоначално не е електрически зареден или електрически неутрален. За да се зареди, зареждането на кондензатора се извършва чрез свързване към източник на напрежение, като например батерия, с помощта на кабел. Едната от проводящите пластини е свързана към положителния полюс на батерията, докато другата проводяща пластина е свързана към отрицателния полюс на батерията.
Не забравяйте, че еднаквите заряди се отблъскват, докато разнородните се привличат. Електроните са отрицателно заредени и лесно се движат, защото са на повърхността на атома, докато протоните са положително заредени и не могат да се движат, защото са в атомното ядро. Ако проводящата пластина има повече протони, отколкото електрони, пластината е положително заредена, и обратно, ако броят на електроните е по-голям от протоните, пластината е отрицателно заредена.
След като кондензаторът е свързан към батерията, положителният полюс на батерията се зарежда положително. Така той издърпва електроните от проводящата пластина, докато отрицателният полюс на батерията се зарежда отрицателно, така че отблъсква електроните към проводящата пластина. Електрическото изместване между батерията и проводящата пластина кара проводящата пластина да губи електрони, които се зареждат положително, и проводящата пластина да приема електрони, които се зареждат отрицателно. Движението на електроните спира, след като електрическата потенциална разлика между двете проводящи пластини стане равна на електрическата потенциална разлика между двата полюса на батерията.
Функция на кондензатора за съхранение на tелектрическият заряд намлява електрическата потенциална енергияРазмерът на способността на кондензатора да съхранява електрически заряд и електрическата потенциална енергия се нарича капацитет. Колкото повече електричество се съхранява, толкова по-голяма е и съхраняваната електрическа потенциална енергия, толкова по-голям е капацитетът на кондензатора. Какви фактори влияят на капацитета на кондензатор с паралелни плочи?
Площта на повърхността на проводящата плоча
Плоският кондензатор съхранява електрически заряд върху проводящата плоча. Ако площта на повърхността на плочата е малка, тогава се съхранява малко електрически заряд, в противен случай, ако площта на повърхността на плочата е голяма, тогава се съхранява много електрически заряд. Колкото повече електрически заряди се съхраняват върху проводящата плоча, толкова по-голяма е електрическата потенциална енергия, притежавана от 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 проводящата плоча (A).
Разстоянието между двете проводящи пластини
Преносът на електрони спира, след като потенциалната разлика между двете проводящи пластини стане равна на потенциалната разлика между двата полюса на батерията. Как се увеличава електрическият заряд и на двете проводящи пластини? Един от начините е да се намали разстоянието между двата проводника (минимизиране на d). Когато двата проводника се приближат, количеството електрически заряд остава, така че електрическото поле, създадено от електрическия заряд, е фиксирано. Въз основа на уравнението V = E d, когато електрическото поле (E) е постоянно, електрическата потенциална разлика (V) намалява, ако разстоянието между двете проводящи пластини намалее (d).
Потенциалната разлика между двете проводящи пластини се намалява, така че да е по-малка от потенциалната разлика между двата полюса на батерията. Това води до повторно изместване на електроните, докато електрическият заряд на всяка проводяща пластина се увеличи. Преносът на електрони спира, след като потенциалната разлика между двете пластини стане равна на потенциалната разлика между двата полюса на батерията.
Когато разстоянието между двете проводящи пластини се намали, електрическият заряд върху всяка пластина се увеличава, така че електрическата потенциална енергия на кондензатора също се увеличава. Ако електрическата потенциална енергия на кондензатора се увеличи, капацитетът на кондензатора също се увеличава. Ако разстоянието се намали, зарядът се увеличава, така че капацитетът се увеличава, когато 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).
Уравнението на капацитета на кондензатора с паралелни плочи
По-рано бяха обяснени нещата, които влияят на капацитета на кондензаторите с паралелни плочи. Стойността на капацитета може да се определи ясно чрез изчисления, използващи уравнението. В тема за определяне на електрическото поле с помощта на закона на Гаус, формулата за изчисляване на електрическото поле в близост до електрически заредената проводяща плоча 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 / A εoУравнението на електрическия потенциал е V = E d, където E = Q / A εo така че уравнението се променя на V = Q d / A εoУравнението на капацитета е C = Q/V, където V = Qd / Aεo така че уравнението на капацитета се променя на C = Q: Q d / A εo = Q x A εo / Q d = A εo / д.
Въз основа на уравнението на капацитета C = A εo / d може да се заключи, че капацитетът (C) е пропорционален на повърхността (A) и обратно пропорционален на разстоянието (d) между двете проводящи пластини.
E = електрическо поле, σ = плътност на заряда, εo = вакуумна диелектрична проницаемост = 8.85 x 10-12 F/m, Q = електрически заряд, A = площ на проводящата плоча, V = електрическа потенциална разлика.
