Definition af parallelpladekondensatoren
Den parallelle pladekondensator er en kondensator, der består af to parallelle lederplader, hvor hver plade har et lige stort tværsnitsareal (A) og to plader adskilt af en vis afstand (d), som vist i figuren til venstre. En af lederpladerne er positivt ladet (+Q), mens den anden lederplade er negativt ladet (-Q), hvor mængden af elektrisk ladning på hver plade er lige stor. For at ladningen ikke bevæger sig til luftmolekylet, er kondensatoren isoleret fra omgivelserne, og mellem de to plader er der et vakuum.
Forskellen i typerne af elektriske ladninger i begge lederplader skaber et elektrisk felt og en elektrisk potentialforskel mellem de to plader. Den positivt ladede plade har et højere elektrisk potentiale, mens den negativt ladede plade har et lavere elektrisk potentiale. Som forklaret i emnet om det elektriske potentiale, er der en elektrisk potentiel energi i kondensatoren, hvis der er en elektrisk potentialforskel mellem de to plader i kondensatoren. Den elektriske potentielle energi, der er lagret i kondensatorer, har mange anvendelser.
Faktorer der påvirker kapacitansen af den parallelle pladekondensator
Kondensatoren er i starten ikke elektrisk ladet eller elektrisk neutral. For at blive opladet sker opladning af kondensatoren ved at forbinde kondensatoren med en spændingskilde, såsom et batteri, ved hjælp af et kabel. En af lederpladerne er forbundet til batteriets positive pol, mens den anden lederplade er forbundet til batteriets negative pol.
Husk at ens ladninger frastøder hinanden, mens ulig ladninger tiltrækker hinanden. Elektronerne er negativt ladede og lette at bevæge sig, fordi de er på atomets overflade, hvorimod protonerne er positivt ladede og ikke kan bevæge sig, fordi de er ved atomkernen. Hvis lederpladen har flere protoner end elektroner, er pladen positivt ladet. Hvis antallet af elektroner derimod er større end antallet af protoner, er pladen negativt ladet.
Efter kondensatoren er forbundet til batteriet, er batteriets positive pol positivt ladet. Således trækker den elektronerne fra lederpladen, mens batteriets negative pol er negativt ladet, så den afviser elektronerne til lederpladen. Den elektriske forskydning mellem batteriet og lederpladen får lederpladen til at miste elektroner, der er positivt ladede, og lederpladen modtager elektroner, der er negativt ladede. Elektronernes bevægelse stopper, når den elektriske potentialforskel mellem de to lederplader er lig med den elektriske potentialforskel mellem de to batteripoler.
Kondensatorens funktion er at lagre elektrisk ladning og elektrisk potentiel energi . Størrelsen af kondensatorens evne til at lagre elektrisk ladning og elektrisk potentiel energi kaldes kapacitans. Jo mere elektricitet der lagres, desto større er den lagrede elektriske potentielle energi, og desto større er kondensatorens kapacitans. Hvilke faktorer påvirker kapacitansen af en parallelpladekondensator?
Overfladearealet af lederpladen
Den parallelle pladekondensator lagrer den elektriske ladning på lederpladen. Hvis pladens overfladeareal er lille, lagres en lille elektrisk ladning, ellers lagres en stor del af den elektriske ladning, hvis pladens overfladeareal er stort. Jo flere elektriske ladninger der er lagret på lederpladen, desto større er den elektriske potentielle energi, som kondensatoren besidder. Så jo større kondensatorens elektriske potentielle energi er, desto større er kondensatorens kapacitans. Baseret på denne gennemgang kan det konkluderes, at kondensatorens kapacitans (C) er proportional med lederpladens overfladeareal (A).
Afstanden mellem de to lederplader
Overførslen af elektroner stopper, når potentialforskellen mellem de to lederplader er lig med potentialforskellen mellem de to batteripoler. Hvordan øger man den elektriske ladning på begge lederplader? En måde er at reducere afstanden mellem de to ledere (minimering af d). Når de to ledere bringes tættere på hinanden, forbliver mængden af elektrisk ladning, så det elektriske felt produceret af den elektriske ladning er fast. Baseret på ligningen V = E d, når det elektriske felt (E) er konstant, falder den elektriske potentialforskel (V), hvis afstanden mellem de to lederplader falder (d).
Potentialforskellen mellem de to lederplader reduceres, så den er mindre end potentialforskellen mellem de to batteripoler. Dette forårsager forskydning af elektroner igen, indtil den elektriske ladning af hver lederplade stiger. Overførslen af elektroner stopper, når potentialforskellen mellem de to plader er lig med potentialforskellen mellem de to batteripoler.
Når afstanden mellem de to lederplader reduceres, øges den elektriske ladning på hver plade, så kondensatorens elektriske potentielle energi også øges. Hvis kondensatorens elektriske potentielle energi øges, øges kondensatorens kapacitans også. Hvis afstanden reduceres, øges ladningen, så kapacitansen øges, og når afstanden øges, falder ladningen, så kapacitansen falder. Det kan konkluderes, at kondensatorens kapacitans (C) er omvendt proportional med afstanden mellem de to lederplader (d).
Ligningen for kapacitansen af den parallelle pladekondensator
Tidligere er ting, der påvirker kapacitansen af parallelle pladekondensatorer, blevet forklaret. Kapacitansværdien kan tydeligt findes gennem beregninger ved hjælp af ligningen. I et emne om bestemmelse af det elektriske felt ved hjælp af Gauss' lov er formlen til beregning af det elektriske felt nær den elektrisk ladede lederplade E = σ / εo, hvor σ = Q / A, således at ligningen for det elektriske felt ændres til E = Q/A: εo = Q/A x 1/εo = Q / A εoLigningen for det elektriske potentiale er V = E d, hvor E = Q / A εo således at ligningen ændres til V = Qd / AεoKapacitansligningen er C = Q/V, hvor V = Qd / Aεo således at kapacitansligningen ændres til C = Q: Qd / Aεo = Q x A εo / Q d = A εo / d.
Baseret på ligningen for kapacitans C = A ε o / d kan det konkluderes, at kapacitansen (C) er proportional med overfladearealet (A) og omvendt proportional med afstanden (d) mellem de to lederplader.
E = elektrisk felt, σ = ladningstæthed, εo = vakuumpermittivitet = 8.85 x 10-12 F /m, Q = elektrisk ladning, A = overfladeareal af lederpladen, V = elektrisk potentialforskel.
