Definicija pločastog kondenzatora
Kondenzator s paralelnim pločama je kondenzator koji se sastoji od dvije paralelne ploče ili provodne ploče, pri čemu svaka ploča ima istu površinu poprečnog presjeka (A) i dvije ploče su odvojene određenom udaljenošću (d), kao na slici lijevo. U ovom članku pretpostavimo da su dvije provodne ploče odvojene vakuumom. Na slici je jedna od provodnih ploča pozitivno naelektrisana (+Q), dok je druga provodna ploča negativno naelektrisana (-Q), gdje je količina električnog naboja na svakoj ploči ista.
Razlika u vrsti električnog naboja na dvije provodne ploče uzrokuje električno polje i razlika električnog potencijala između dvije ploče. Pozitivno naelektrisana ploča ima veći električni potencijal, dok negativno naelektrisana ploča ima niži električni potencijal. Kao što je objašnjeno u članku u vezi električni potencijalAko postoji razlika električnog potencijala između dvije ploče kondenzatora, tada u kondenzatoru postoji električna potencijalna energija. Električna potencijalna energija pohranjena u kondenzatoru ima mnogo upotreba.
Faktori koji utiču na kapacitet pločastog kondenzatora
Kondenzatori su u početku nenapunjeni ili električno neutralni. Da bi se napunili, pune se spajanjem na izvor napona, kao što je baterija, pomoću kablova. Jedna provodna ploča je spojena na pozitivni pol baterije, dok je druga provodna ploča spojena na negativni pol.
Zapamtite da se ista naboja odbijaju, dok se različita naboja privlače. Elektroni su negativno nabijeni i lako se kreću jer se nalaze na površini atoma, dok su protoni pozitivno nabijeni i ne mogu se kretati jer se nalaze u jezgru. Ako je broj protona na provodnoj ploči veći od broja elektrona, ploča je pozitivno nabijena. Obrnuto, ako je broj elektrona veći od broja protona, ploča je negativno nabijena.
Nakon što je kondenzator spojen na bateriju, pozitivni pol baterije se pozitivno naelektriše, privlačeći elektrone sa provodne ploče, dok je negativni pol baterije negativno naelektrisan, odbijajući elektrone prema provodnoj ploči. Prijenos elektrona između baterije i provodne ploče uzrokuje da provodna ploča koja gubi elektrone postane pozitivno naelektrisana, a provodna ploča koja prima elektrone postane negativno naelektrisana. Prijenos elektrona prestaje kada je razlika električnog potencijala između dvije provodne ploče jednaka razlici električnog potencijala između dva terminala baterije.
Kondenzator služi za skladištenje melektrični naboj dan električna potencijalna energijaMjera sposobnosti kondenzatora da pohrani električni naboj i potencijalnu energiju naziva se kapacitet. Što je veći pohranjeni električni naboj i veća potencijalna energija, to je veći kapacitet. Koji faktori utječu na kapacitet pločastog kondenzatora?
– Površina provodne ploče
Kondenzatori s paralelnim pločama pohranjuju električni naboj na svojim provodnim pločama. Mala površina ploče znači da se pohranjuje malo naboja; velika površina ploče znači da se pohranjuje veliko naboja. Što se više naboja pohranjuje na provodnim pločama, to je veća električna potencijalna energija kondenzatora. Stoga, što je veća električna potencijalna energija kondenzatora, to je veći njegov kapacitet. Na osnovu ovog pregleda može se zaključiti da je kapacitet kondenzatora (C) proporcionalan površini provodnih ploča (A).
– Udaljenost između dvije provodne ploče
Kretanje elektrona prestaje nakon što se potencijalna razlika između dvije provodne ploče izjednači s potencijalnom razlikom između dva pola baterije. Kako se električni naboj na dvije provodne ploče može povećati? Jedan od načina je smanjenje udaljenosti između dva provodnika (smanjenje d). Kada se dva provodnika približe jedan drugom, količina električnog naboja ostaje konstantna tako da električno polje koje proizvodi električni naboj ima konstantnu vrijednost. Na osnovu jednačine V = E d, kada je električno polje (E) konstantno, razlika električnog potencijala (V) se smanjuje ako se smanji udaljenost između dvije provodne ploče (d).
Razlika potencijala između dvije provodne ploče smanjuje se sve dok ne postane manja od razlike potencijala između dva terminala baterije. To uzrokuje ponovno kretanje elektrona sve dok se električni naboj na svakoj provodnoj ploči ne poveća. Kretanje elektrona prestaje kada razlika potencijala između dvije ploče postane jednaka razlici potencijala između dva terminala baterije.
Kada se smanji udaljenost između dvije provodne ploče, električni naboj na svakoj ploči se povećava tako da se povećava i električna potencijalna energija u kondenzatoru. Ako se poveća električna potencijalna energija u kondenzatoru, povećava se i kapacitet kondenzatora. Ako se udaljenost smanji, naboj se povećava tako da se kapacitet povećava, ako se udaljenost poveća, naboj se smanjuje tako da se kapacitet smanjuje. Može se zaključiti da je kapacitet kondenzatora (C) obrnuto proporcionalan udaljenosti između dvije provodne ploče (d).
Jednačina kapacitivnosti za kondenzator s paralelnim pločama
Prethodno smo objasnili faktore koji utiču na kapacitivnost pločastog kondenzatora. Vrijednost kapacitivnosti se može jasno odrediti proračunima pomoću jednačina. U članku o određivanju električnog polja pomoću Gaussovog zakona, razmatrali smo formulu za izračunavanje električnog polja u blizini naelektrisane provodne ploče: E = σ/εo, gdje je σ = Q/A tako da se jednačina električnog polja mijenja u E = Q/A : εo = Q/A x 1/εo = Q/AεoJednačina električnog potencijala je V = E d, gdje je E = Q/Aεo pa se jednačina mijenja u V = Qd/AεoJednačina kapacitivnosti je C = Q/V, gdje je V = Qd/Aεo tako da se jednačina kapacitivnosti mijenja u C = Q : Qd/Aεo = Q x Aεo /Qd = Aεo/d.
Na osnovu jednačine kapacitivnosti C = A εo / d može se zaključiti da je kapacitet (C) proporcionalan površini (A) i obrnuto proporcionalan udaljenosti (d) između dvije provodne ploče.
Opis formule: E = električno polje, σ = gustoća naboja, εo = permitivnost praznog prostora = 8,85 x 10-12 F/m, Q = električni naboj, A = površina provodne ploče, V = razlika električnih potencijala.
