Definició del condensador de plaques paral·leles
El condensador de plaques paral·leles és un condensador que consta de dues plaques conductores paral·leles, cada placa té una àrea de secció transversal igual (A) i dues plaques separades per una certa distància (d), com es mostra a la figura de l'esquerra. 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 igual. Perquè la càrrega no es mogui cap a la molècula d'aire, el condensador està aïllat de l'entorn i, entre les dues plaques, hi ha un buit.
La diferència en els tipus de càrregues elèctriques en ambdues plaques conductores crea un camp elèctric i una diferència de potencial elèctric entre les dues plaques. La placa carregada positivament té un potencial elèctric més alt, mentre que la placa carregada negativament té un potencial elèctric més baix. Com s'explica al tema del potencial elèctric, si hi ha una diferència de potencial elèctric entre les dues plaques del condensador, hi ha una energia potencial elèctrica al condensador. L'energia potencial elèctrica emmagatzemada als condensadors té molts usos.
Factors que afecten la capacitància del condensador de plaques paral·leles
Al principi, el condensador no està carregat elèctricament ni és elèctricament neutre. Per carregar-se, el condensador es connecta a una font de tensió com ara una bateria mitjançant un cable. Una de les plaques conductores està connectada al pol positiu de la bateria, mentre que l'altra placa conductora està connectada al pol negatiu de la bateria.
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 són a la superfície de l'àtom, mentre que els protons tenen càrrega positiva i no es poden moure perquè són al nucli atòmic. Si la placa conductora té més protons que electrons, la placa té càrrega positiva; al contrari, si el nombre d'electrons és més gran que el de protons, la placa té càrrega negativa.
Després de connectar el condensador a la bateria, el pol positiu de la bateria es carrega positivament. De manera que atrau els electrons de la placa conductora, mentre que el pol negatiu de la bateria es carrega negativament de manera que rebutja els electrons a la placa conductora. El desplaçament elèctric entre la bateria i la placa conductora fa que la placa conductora perdi electrons per carregar-se positivament, i la placa conductora rebi electrons per carregar-se negativament. El moviment 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 pols de la bateria.
Funció del condensador per emmagatzemar tla càrrega elèctrica i l'energia potencial elèctricaLa capacitat del condensador per emmagatzemar la càrrega elèctrica i l'energia potencial elèctrica s'anomena capacitància. Com més electricitat s'emmagatzema, més gran és l'energia potencial elèctrica emmagatzemada, i per tant, més gran és la capacitància del condensador. Quins factors influeixen en la capacitància d'un condensador de plaques paral·leles?
La superfície de la placa conductora
El condensador de plaques paral·leles emmagatzema la càrrega elèctrica a la placa conductora. Si la superfície de la placa és petita, s'emmagatzema una petita quantitat de càrrega elèctrica; en cas contrari, si la superfície de la placa és gran, s'emmagatzema molta càrrega elèctrica. Com més càrregues elèctriques s'emmagatzemin a la placa conductora, més gran serà l'energia potencial elèctrica que posseeix el condensador. Per tant, com més gran sigui l'energia potencial elèctrica del condensador, més gran serà la capacitància del condensador. A partir d'aquesta revisió, es pot concloure que la capacitància del condensador (C) és proporcional a la superfície de la placa conductora (A).
La distància entre les dues plaques conductores
La transferència d'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 s'augmenta la càrrega elèctrica a les dues plaques conductores? Una manera és reduir la distància entre els dos conductors (minimitzant d). Quan els dos conductors s'acosten, la quantitat de càrrega elèctrica es manté de manera que el camp elèctric produït per la càrrega elèctrica es fixa. Segons l'equació V = E d, quan el camp elèctric (E) és constant, la diferència de potencial elèctric (V) disminueix si la distància entre les dues plaques conductores disminueix (d).
La diferència de potencial entre les dues plaques conductores es redueix de manera que és més petita que la diferència de potencial entre els dos pols de la bateria. Això provoca el desplaçament dels electrons de nou fins que la càrrega elèctrica de cada placa conductora augmenta. La transferència d'electrons s'atura després que la diferència de potencial entre les dues plaques sigui igual a la diferència de potencial entre els dos pols 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, quan 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).
L'equació de la capacitància del condensador de plaques paral·leles
Anteriorment, s'han explicat els factors que afecten la capacitància dels condensadors de plaques paral·leles. El valor de la capacitància es pot conèixer clarament mitjançant càlculs utilitzant l'equació. En un tema sobre la determinació del camp elèctric mitjançant la llei de Gauss, la fórmula per calcular el camp elèctric prop de la placa conductora carregada elèctricament és E = σ / εo, on σ = Q / A de manera que l'equació del camp elèctric canvia a E = Q/A: εo = Q/A x 1/εo = Q / A εoL'equació del potencial elèctric és V = E d, on E = Q / A εo de manera que l'equació canvia a V = Q d / A εoL'equació de la capacitança és C = Q/V, on V = Q d / A εo de manera que l'equació de la capacitança canvia a C = Q: Q d / A εo = Q x A εo / Q d = A εo / d.
Basat en l'equació de la capacitància C = A εo / 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.
E = camp elèctric, σ = densitat de càrrega, εo = permitivitat del buit = 8.85 x 10-12 F/m, Q = càrrega elèctrica, A = superfície de la placa conductora, V = diferència de potencial elèctric.
