Definice deskového kondenzátoru
Deskový kondenzátor je kondenzátor, který se skládá ze dvou rovnoběžných vodivých desek, přičemž každá deska má stejnou plochu průřezu (A) a dvou desek od sebe vzdálených určitou vzdáleností (d), jak je znázorněno na obrázku vlevo. Jedna z vodivých desek je kladně nabitá (+Q), zatímco druhá vodivá deska je záporně nabitá (-Q), kde množství elektrický náboj na každé desce je stejný. Aby se náboj nepřesunul na molekulu vzduchu, kondenzátor je izolován od okolí a mezi oběma deskami je vakuum.
Rozdíl v typech elektrických nábojů v obou vodivých deskách vytváří elektrické pole a rozdíl elektrického potenciálu mezi oběma deskami. Kladně nabitá deska má vyšší elektrický potenciál, zatímco záporně nabitá deska má nižší elektrický potenciál. Jak bylo vysvětleno v tématu elektrického potenciálu, pokud je mezi oběma deskami kondenzátoru rozdíl elektrického potenciálu, existuje v kondenzátoru elektrická potenciální energie. Elektrická potenciální energie uložená v kondenzátorech má mnoho využití.
Faktory ovlivňující kapacitu deskového kondenzátoru
Kondenzátor zpočátku není elektricky nabitý ani elektricky neutrální. Nabití kondenzátoru se provádí jeho připojením ke zdroji napětí, například k baterii, pomocí kabelu. Jeden z vodivých desek je připojen ke kladnému pólu baterie, zatímco druhý vodivý deskový plech je připojen k zápornému pólu baterie.
Nezapomeňte, že stejné náboje se navzájem odpuzují, zatímco odlišné náboje se navzájem přitahují. Elektrony jsou záporně nabité a snadno se pohybují, protože jsou na povrchu atomu, zatímco protony jsou kladně nabité a nemohou se pohybovat, protože jsou v atomovém jádře. Pokud má vodivá deska více protonů než elektronů, je deska kladně nabitá, naopak, pokud je počet elektronů větší než protonů, je deska záporně nabitá.
Po připojení kondenzátoru k baterii se kladný pól baterie kladně nabije. Tím přitahuje elektrony z vodivé desky, zatímco záporný pól baterie se záporně nabije, takže elektrony k vodivé desce odráží. Elektrický posun mezi baterií a vodivou deskou způsobí, že vodivá deska ztrácí elektrony, které se kladně nabijí, a vodivá deska přijímá elektrony, které se záporně nabijí. Pohyb elektronů se zastaví, jakmile se rozdíl elektrického potenciálu mezi oběma vodivými deskami rovná rozdílu elektrického potenciálu mezi oběma póly baterie.
Funkce kondenzátoru pro ukládání elektrického náboje a elektrické potenciální energie . Velikost schopnosti kondenzátoru ukládat elektrický náboj a elektrickou potenciální energii se nazývá kapacita. Čím více elektřiny je uloženo, tím větší je také uložená elektrická potenciální energie, tím větší je kapacita kondenzátoru. Jaké faktory ovlivňují kapacitu deskového kondenzátoru?
Povrchová plocha vodivé desky
Deskový kondenzátor ukládá elektrický náboj na vodivé desce. Pokud je plocha desky malá, ukládá se malé množství elektrického náboje, jinak pokud je plocha desky velká, ukládá se velké množství elektrického náboje. Čím více elektrických nábojů je uloženo na vodivé desce, tím větší je elektrický potenciál kondenzátoru. Čím větší je tedy elektrický potenciál kondenzátoru, tím větší je jeho kapacita. Na základě tohoto přehledu lze usoudit, že kapacita kondenzátoru (C) je úměrná ploše vodivé desky (A).
Vzdálenost mezi dvěma vodivými deskami
Přenos elektronů se zastaví poté, co se rozdíl potenciálů mezi dvěma vodivými deskami rovná rozdílu potenciálů mezi dvěma póly baterie. Jak zvýšit elektrický náboj na obou vodivých deskách? Jedním ze způsobů je zmenšit vzdálenost mezi dvěma vodiči (minimalizovat d). Když se dva vodiče přiblíží, množství elektrického náboje zůstává, takže elektrické pole vytvářené elektrickým nábojem je konstantní. Na základě rovnice V = E d, když je elektrické pole (E) konstantní, rozdíl elektrických potenciálů (V) se snižuje, pokud se zmenší vzdálenost mezi dvěma vodivými deskami (d).
Potenciální rozdíl mezi oběma vodivými deskami se zmenší tak, že je menší než potenciálový rozdíl mezi oběma póly baterie. To způsobí opětovný posun elektronů, dokud se elektrický náboj každé vodivé desky nezvýší. Přenos elektronů se zastaví poté, co se potenciálový rozdíl mezi oběma deskami rovná potenciálovému rozdílu mezi oběma póly baterie.
Když se zmenší vzdálenost mezi dvěma vodivými deskami, elektrický náboj na každé desce se zvětší, takže se zvětší i elektrická potenciální energie kondenzátoru. Pokud se zvětší elektrická potenciální energie kondenzátoru, zvětší se i jeho kapacita. Pokud se zmenší vzdálenost, náboj se zvětší, takže se zvětší kapacita, když se vzdálenost zvětší, náboj se zmenší, takže se zmenší kapacita. Lze konstatovat, že kapacita kondenzátoru (C) je nepřímo úměrná vzdálenosti mezi dvěma vodivými deskami (d).
Rovnice kapacity deskového kondenzátoru
Dříve byly vysvětleny faktory ovlivňující kapacitu deskových kondenzátorů. Hodnotu kapacity lze jasně zjistit výpočty pomocí rovnice. V tématu o určování elektrického pole pomocí Gaussova zákona je vzorec pro výpočet elektrického pole v blízkosti elektricky nabité vodivé desky E = σ / εo, kde σ = Q / A, takže rovnice elektrického pole se změní na E = Q/A: εo = Q/A x 1/εo = Q / A εoRovnice elektrického potenciálu je V = E d, kde E = Q / A εo takže rovnice se změní na V = Q d / A εoRovnice kapacity je C = Q/V, kde V = Q d / A εo takže rovnice kapacity se změní na C = Q: Q d / A εo = Q x A εo / Q d = A εo / d.
Na základě rovnice kapacity C = A ε o / d lze usoudit, že kapacita (C) je úměrná povrchu (A) a nepřímo úměrná vzdálenosti (d) mezi dvěma vodivými deskami.
E = elektrické pole, σ = hustota náboje, εo = permitivita vakua = 8.85 x 10⁻¹² F /m, Q = elektrický náboj, A = povrch vodivé desky, V = rozdíl elektrických potenciálů.
