Diffiniad cynhwysydd plât paralel
Mae cynhwysydd plât paralel yn gynhwysydd sy'n cynnwys dau blât paralel neu blât dargludydd, pob plât â'r un arwynebedd trawsdoriadol (A) a'r ddau blât wedi'u gwahanu gan bellter penodol (d), fel yn y llun ar y chwith. Yn yr erthygl hon, tybiwch fod y ddau blât dargludydd wedi'u gwahanu gan wactod. Yn y llun, mae un o'r platiau dargludydd wedi'i wefru'n bositif (+Q) tra bod y plât dargludydd arall wedi'i wefru'n negyddol (-Q), lle mae faint o wefr drydanol ar bob plât yr un peth.
Mae'r gwahaniaeth mewn gwefr drydanol rhwng y ddau blât dargludol yn creu maes trydanol a gwahaniaeth potensial rhyngddynt. Mae gan y plât â gwefr bositif botensial uwch, tra bod gan y plât â gwefr negatif botensial is. Fel yr eglurwyd yn yr erthygl ar botensial trydanol , os oes gwahaniaeth potensial rhwng y ddau blât cynhwysydd, mae ynni potensial trydanol yn y cynhwysydd. Mae gan yr ynni potensial trydanol sydd wedi'i storio mewn cynhwysydd lawer o ddefnyddiau.
Ffactorau sy'n effeithio ar gynhwysedd cynhwysydd plât paralel
Mae cynwysyddion yn ddi-wefr i ddechrau, neu'n niwtral yn drydanol. I'w gwefru, cânt eu gwefru trwy eu cysylltu â ffynhonnell foltedd, fel batri, gan ddefnyddio ceblau. Mae un plât dargludydd wedi'i gysylltu â therfynell bositif y batri, tra bod y plât dargludydd arall wedi'i gysylltu â'r derfynell negatif.
Cofiwch fod gwefrau tebyg yn gwrthyrru, tra bod gwefrau annhebyg yn denu. Mae electronau wedi'u gwefru'n negatif ac yn symud yn hawdd oherwydd eu bod wedi'u lleoli ar wyneb yr atom, tra bod protonau wedi'u gwefru'n bositif ac ni allant symud oherwydd eu bod wedi'u lleoli yn y niwclews. Os yw nifer y protonau ar blât dargludol yn fwy na nifer yr electronau, mae'r plât wedi'i wefru'n bositif. I'r gwrthwyneb, os yw nifer yr electronau yn fwy na nifer y protonau, mae'r plât wedi'i wefru'n negatif.
Ar ôl i'r cynhwysydd gael ei gysylltu â'r batri, mae pegyn positif y batri yn cael ei wefru'n bositif, gan ddenu electronau o'r plât dargludydd, tra bod pegyn negatif y batri yn cael ei wefru'n negatif, gan wrthyrru electronau i'r plât dargludydd. Mae trosglwyddo electronau rhwng y batri a'r plât dargludydd yn achosi i'r plât dargludydd sy'n colli electronau gael ei wefru'n bositif a'r plât dargludydd sy'n derbyn electronau gael ei wefru'n negatif. Mae trosglwyddo electronau yn dod i ben pan fydd y gwahaniaeth potensial trydanol rhwng y ddau blât dargludydd yn hafal i'r gwahaniaeth potensial trydanol rhwng y ddau derfynell batri.
Mae cynwysyddion yn storio gwefr drydanol ac egni potensial . Gelwir mesur gallu cynhwysydd i storio gwefr drydanol ac egni potensial yn gynhwysiant. Po fwyaf yw'r gwefr drydanol sydd wedi'i storio, y mwyaf yw'r egni potensial, a'r mwyaf yw'r cynhwysiant. Pa ffactorau sy'n effeithio ar gynhwysiant cynhwysydd plât paralel?
– Arwynebedd y plât dargludydd
Mae cynwysyddion platiau cyfochrog yn storio gwefr drydanol ar eu platiau dargludol. Mae arwynebedd plât bach yn golygu bod ychydig o wefr yn cael ei storio; mae arwynebedd plât mawr yn golygu bod gwefr fawr yn cael ei storio. Po fwyaf o wefr sy'n cael ei storio ar y platiau dargludol, y mwyaf yw egni potensial trydanol y cynhwysydd. Felly, po fwyaf yw egni potensial trydanol y cynhwysydd, y mwyaf yw ei gynhwysedd. Yn seiliedig ar yr adolygiad hwn, gellir dod i'r casgliad bod cynhwysedd y cynhwysydd (C) yn gymesur ag arwynebedd y platiau dargludol (A).
– Pellter rhwng y ddau blât dargludydd
Mae symudiad electronau yn stopio ar ôl i'r gwahaniaeth potensial rhwng y ddau blât dargludydd fod yn hafal i'r gwahaniaeth potensial rhwng dau begwn y batri. Sut gall y gwefr drydanol ar y ddau blât dargludydd gynyddu? Un ffordd yw lleihau'r pellter rhwng y ddau ddargludydd (lleihau d). Pan gaiff y ddau ddargludydd eu dwyn yn agos at ei gilydd, mae faint o wefr drydanol yn aros yn gyson fel bod gan y maes trydanol a gynhyrchir gan y gwefr drydanol werth cyson. Yn seiliedig ar yr hafaliad V = E d, pan fydd y maes trydanol (E) yn gyson, mae'r gwahaniaeth potensial trydanol (V) yn lleihau os yw'r pellter rhwng y ddau blât dargludydd yn cael ei leihau (d).
Mae'r gwahaniaeth potensial rhwng y ddau blât dargludol yn lleihau nes ei fod yn llai na'r gwahaniaeth potensial rhwng dau derfynell y batri. Mae hyn yn achosi i electronau symud eto nes bod y gwefr drydanol ar bob plât dargludol yn cynyddu. Mae symudiad electronau yn stopio unwaith y bydd y gwahaniaeth potensial rhwng y ddau blât yn hafal i'r gwahaniaeth potensial rhwng dau derfynell y batri.
Pan fydd y pellter rhwng y ddau blât dargludydd yn cael ei leihau, mae'r gwefr drydanol ar bob plât yn cynyddu fel bod yr egni potensial trydanol yn y cynhwysydd hefyd yn cynyddu. Os bydd yr egni potensial trydanol yn y cynhwysydd yn cynyddu, mae cynhwysedd y cynhwysydd hefyd yn cynyddu. Os bydd y pellter yn cael ei leihau, mae'r gwefr yn cynyddu fel bod y cynhwysedd yn cynyddu, os bydd y pellter yn cynyddu, mae'r gwefr yn lleihau fel bod y cynhwysedd yn lleihau. Gellir dod i'r casgliad bod cynhwysedd y cynhwysydd (C) mewn cyfrannedd gwrthdro â'r pellter rhwng y ddau blât dargludydd (d).
Hafaliad cynhwysedd ar gyfer cynhwysydd plât paralel
Yn flaenorol, esboniwyd y pethau sy'n effeithio ar werth cynhwysedd cynhwysydd plât paralel. Gellir gwybod y gwerth cynhwysedd yn glir trwy gyfrifiadau gan ddefnyddio hafaliadau. Yn yr erthygl am bennu'r maes trydan gan ddefnyddio cyfraith Gauss, trafodwyd mai'r fformiwla ar gyfer cyfrifo'r maes trydan ger plât dargludydd â gwefr drydanol yw E = σ/εo , lle mae σ = Q/A fel bod hafaliad y maes trydan yn newid i E = Q/A: εo = Q/Ax1/εo = Q/Aεo . Hafaliad y potensial trydan yw V = Ed, lle mae E = Q/Aεo fel bod hafaliad y maes trydan yn newid i V = Qd/Aεo . Hafaliad y cynhwysedd yw C = Q/V, lle mae V = Qd/Aεo fel bod hafaliad y cynhwysedd yn newid i C = Q: Qd/Aεo = QxAεo /Qd = Aεo / d.
Yn seiliedig ar yr hafaliad cynhwysedd C = A ε o / d gellir dod i'r casgliad bod cynhwysedd (C) yn gymesur â'r arwynebedd (A) ac yn gymesur yn wrthdro â'r pellter (d) rhwng y ddau blât dargludydd.
Disgrifiad o'r fformiwla: E = maes trydanol, σ = dwysedd gwefr, εo = trydanedd gofod gwag = 8,85 x 10-12 F /m, Q = gwefr drydanol, A = arwynebedd y plât dargludydd, V = gwahaniaeth potensial trydanol.
