Definicija pločastog kondenzatora
Kondenzator s paralelnim pločama je kondenzator koji se sastoji od dvije paralelne provodne ploče, pri čemu svaka ploča ima jednaku površinu poprečnog presjeka (A) i dvije ploče odvojene određenim rastojanjem (d), kao što je prikazano na slici lijevo. Jedna od provodnih ploča je pozitivno naelektrisana (+Q), dok je druga provodna ploča negativno naelektrisana (-Q), gdje je količina električni naboj na svakoj ploči je jednak. Kako se naelektrisanje ne bi pomjerilo na molekulu zraka, kondenzator je izoliran od okoline, a između dvije ploče nalazi se vakuum.
Razlika u vrstama električnih naboja u obje provodne ploče stvara električno polje i razliku električnog potencijala između dvije ploče. Pozitivno nabijena ploča ima veći električni potencijal, dok negativno nabijena ploča ima niži električni potencijal. Kao što je objašnjeno u temi o električnom potencijalu, ako postoji razlika električnog potencijala između dvije ploče kondenzatora, u kondenzatoru postoji električna potencijalna energija. Električna potencijalna energija pohranjena u kondenzatorima ima mnogo upotreba.
Faktori koji utiču na kapacitet pločastog kondenzatora
Kondenzator u početku nije električno napunjen niti električno neutralan. Da bi se napunio, punjenje kondenzatora se vrši povezivanjem kondenzatora sa izvorom napona kao što je baterija pomoću kabla. Jedna od provodnih ploča je povezana sa pozitivnim polom baterije, dok je druga provodna ploča povezana sa negativnim polom baterije.
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 atomskom jezgru. Ako provodna ploča ima više protona nego elektrona, ploča je pozitivno nabijena, naprotiv, ako je broj elektrona veći od protona, ploča je negativno nabijena.
Nakon što je kondenzator spojen na bateriju, pozitivni pol baterije se pozitivno naelektriše. Tako da odvlači elektrone sa provodne ploče, dok se negativni pol baterije negativno naelektriše tako da odbija elektrone na provodnu ploču. Električno pomjeranje između baterije i provodne ploče uzrokuje da provodna ploča gubi elektrone koji se pozitivno naelektrišu, a provodna ploča prima elektrone koji se negativno naelektrišu. Kretanje elektrona prestaje nakon što razlika električnog potencijala između dvije provodne ploče postane jednaka razlici električnog potencijala između dva pola baterije.
Funkcija kondenzatora je skladištenje električnog naboja i električne potencijalne energije . Veličina sposobnosti kondenzatora da skladišti električni naboj i električnu potencijalnu energiju naziva se kapacitet. Što se više električne energije skladišti, veća je i uskladištena električna potencijalna energija, a time i kapacitet kondenzatora. Koji faktori utiču na kapacitet pločastog kondenzatora?
Površina provodne ploče
Pločasti kondenzator pohranjuje električni naboj na provodnoj ploči. Ako je površina ploče mala, tada se pohranjuje malo električnog naboja, u suprotnom, ako je površina ploče velika, tada se pohranjuje mnogo električnog naboja. Što je više električnih naboja pohranjeno na provodnoj ploči, to je veća električna potencijalna energija koju kondenzator posjeduje. Dakle, 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 provodne ploče (A).
Udaljenost između dvije provodne ploče
Prijenos elektrona prestaje nakon što je potencijalna razlika između dvije provodne ploče jednaka potencijalnoj razlici između dva pola baterije. Kako povećati električni naboj na obje provodne ploče? Jedan od načina je smanjenje udaljenosti između dva provodnika (minimiziranje d). Kada se dva provodnika približe, količina električnog naboja ostaje tako da je električno polje koje proizvodi električni naboj fiksno. Na osnovu jednačine V = E d, kada je električno polje (E) konstantno, električna potencijalna razlika (V) se smanjuje ako se udaljenost između dvije provodne ploče smanji (d).
Razlika potencijala između dvije provodne ploče se smanjuje tako da je manja od razlike potencijala između dva pola baterije. To uzrokuje ponovno pomjeranje elektrona sve dok se električni naboj svake provodne ploče ne poveća. Prijenos elektrona prestaje nakon što razlika potencijala između dvije ploče postane jednaka razlici potencijala između dva pola baterije.
Kada se smanji udaljenost između dvije provodne ploče, električni naboj na svakoj ploči se povećava tako da se povećava i električna potencijalna energija kondenzatora. Ako se električna potencijalna energija kondenzatora povećava, povećava se i kapacitet kondenzatora. Ako se udaljenost smanji, naboj se povećava tako da se kapacitet povećava, kada 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 pločastog kondenzatora
Prethodno su objašnjene stvari koje utiču na kapacitet pločastih kondenzatora. Vrijednost kapaciteta se može jasno znati proračunima pomoću jednačine. U temi o određivanju električnog polja pomoću Gaussovog zakona, formula za izračunavanje električnog polja u blizini električno nabijene provodne ploče je 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 / A εoJednačina električnog potencijala je V = E d, gdje je E = Q / A εo tako da se jednačina mijenja u V = Q d / A εoJednačina kapacitivnosti je C = Q/V, gdje je V = Q d / A εo tako da se jednačina kapacitivnosti mijenja u C = Q: Q d / A εo = Q x A εo / Q d = A εo / dan/dan
Na osnovu jednačine kapacitivnosti C = A ε o / d može se zaključiti da je kapacitivnost (C) proporcionalna površini (A) i obrnuto proporcionalna udaljenosti (d) između dvije provodne ploče.
E = električno polje, σ = gustina naboja, εo = permitivnost vakuuma = 8.85 x 10⁻¹² F /m, Q = električni naboj, A = površina provodne ploče, V = razlika električnih potencijala.
