Definició de condensador de plaques paral·leles
Un condensador de plaques paral·leles és un condensador que consta de dues plaques paral·leles o plaques conductores, cada placa té la mateixa secció transversal (A) i les dues plaques estan separades per una certa distància (d), com a la imatge de l'esquerra. En aquest article, suposem que les dues plaques conductores estan separades per un buit. A la imatge, una de les plaques conductores està carregada positivament (+Q) mentre que l'altra placa conductora està carregada negativament (-Q), on la quantitat de càrrega elèctrica a cada placa és la mateixa.
La diferència de càrrega elèctrica entre les dues plaques conductores crea un camp elèctric i una diferència de potencial entre elles. La placa carregada positivament té un potencial més alt, mentre que la placa carregada negativament té un potencial més baix. Com s'explica a l'article sobre el potencial elèctric , si hi ha una diferència de potencial entre les dues plaques del condensador, hi ha energia potencial elèctrica al condensador. L'energia potencial elèctrica emmagatzemada en un condensador té molts usos.
Factors que afecten la capacitància d'un condensador de plaques paral·leles
Els condensadors estan inicialment descarregats o elèctricament neutres. Per carregar-los, es carreguen connectant-los a una font de tensió, com ara una bateria, mitjançant cables. Una placa conductora està connectada al terminal positiu de la bateria, mentre que l'altra placa conductora està connectada al terminal negatiu.
Recordeu que les càrregues iguals es repel·leixen, mentre que les càrregues diferents s'atrauen. Els electrons tenen càrrega negativa i es mouen fàcilment perquè es troben a la superfície de l'àtom, mentre que els protons tenen càrrega positiva i no es poden moure perquè es troben al nucli. Si el nombre de protons en una placa conductora supera el nombre d'electrons, la placa es carrega positivament. Per contra, si el nombre d'electrons supera el nombre de protons, la placa es carrega negativament.
Després de connectar el condensador a la bateria, el pol positiu de la bateria es carrega positivament, atraient electrons de la placa conductora, mentre que el pol negatiu de la bateria es carrega negativament, repel·lint electrons cap a la placa conductora. La transferència d'electrons entre la bateria i la placa conductora fa que la placa conductora que perd electrons es carregui positivament i la placa conductora que rep electrons es carregui negativament. La transferència d'electrons s'atura quan la diferència de potencial elèctric entre les dues plaques conductores és igual a la diferència de potencial elèctric entre els dos terminals de la bateria.
Els condensadors emmagatzemen càrrega elèctrica i energia potencial . La mesura de la capacitat d'un condensador per emmagatzemar càrrega elèctrica i energia potencial s'anomena capacitància. Com més gran sigui la càrrega elèctrica emmagatzemada, més gran serà l'energia potencial i més gran serà la capacitància. Quins factors afecten la capacitància d'un condensador de plaques paral·leles?
– Superfície de la placa conductora
Els condensadors de plaques paral·leles emmagatzemen càrrega elèctrica a les seves plaques conductores. Una superfície de placa petita significa que s'emmagatzema poca càrrega; una superfície de placa gran significa que s'emmagatzema una gran càrrega. Com més càrrega s'emmagatzemi a les plaques conductores, més gran serà l'energia potencial elèctrica del condensador. Per tant, com més gran sigui l'energia potencial elèctrica del condensador, més gran serà la seva capacitància. Basant-nos en aquesta revisió, es pot concloure que la capacitància del condensador (C) és proporcional a la superfície de les plaques conductores (A).
– Distància entre les dues plaques conductores
El moviment dels electrons s'atura després que la diferència de potencial entre les dues plaques conductores sigui igual a la diferència de potencial entre els dos pols de la bateria. Com pot augmentar la càrrega elèctrica de les dues plaques conductores? Una manera és reduir la distància entre els dos conductors (reduir d). Quan els dos conductors s'acosten, la quantitat de càrrega elèctrica roman constant, de manera que el camp elèctric produït per la càrrega elèctrica té un valor constant. Segons l'equació V = E d, quan el camp elèctric (E) és constant, la diferència de potencial elèctric (V) disminueix si es redueix la distància entre les dues plaques conductores (d).
La diferència de potencial entre les dues plaques conductores disminueix fins que és inferior a la diferència de potencial entre els dos terminals de la bateria. Això fa que els electrons es tornin a moure fins que la càrrega elèctrica de cada placa conductora augmenta. El moviment dels electrons s'atura un cop la diferència de potencial entre les dues plaques és igual a la diferència de potencial entre els dos terminals de la bateria.
Quan es redueix la distància entre les dues plaques conductores, la càrrega elèctrica de cada placa augmenta de manera que l'energia potencial elèctrica del condensador també augmenta. Si l'energia potencial elèctrica del condensador augmenta, la capacitància del condensador també augmenta. Si es redueix la distància, la càrrega augmenta de manera que la capacitància augmenta, si s'augmenta la distància, la càrrega disminueix de manera que la capacitància disminueix. Es pot concloure que la capacitància del condensador (C) és inversament proporcional a la distància entre les dues plaques conductores (d).
Equació de la capacitància per a un condensador de plaques paral·leles
Anteriorment, s'ha explicat què afecta el valor de la capacitància d'un condensador de plaques paral·leles. El valor de la capacitància es pot conèixer clarament mitjançant càlculs amb equacions. A l'article sobre la determinació del camp elèctric mitjançant la llei de Gauss, s'ha discutit la fórmula per calcular el camp elèctric prop d'una placa conductora carregada elèctricament que és E = σ/ε₂o , on σ = Q/A de manera que l'equació del camp elèctric canvia a E = Q/A: ε₂o = Q/A x 1/ ε₂o = Q/Aε₂o . L'equació del potencial elèctric és V = E₂d, on E = Q/Aε₂o de manera que l'equació canvia a V = Qd/Aε₂o . L'equació de la capacitància és C = Q/V, on V = Qd/Aε₂o de manera que l'equació de la capacitància canvia a C = Q: Qd/Aε₂o = Q x Aε₂o /Qd = Aε₂o / d.
Basant-nos en l'equació de la capacitància C = A ε o / d, es pot concloure que la capacitància (C) és proporcional a la superfície (A) i inversament proporcional a la distància (d) entre les dues plaques conductores.
Descripció de la fórmula: E = camp elèctric, σ = densitat de càrrega, ε₂o = permitivitat de l'espai buit = 8,85 x 10⁻¹² F /m, Q = càrrega elèctrica, A = superfície de la placa conductora, V = diferència de potencial elèctric.
