Definición de condensador de placas paralelas
Un condensador de placas paralelas é un condensador que consta de dúas placas paralelas ou placas condutoras, cada placa coa mesma área de sección transversal (A) e as dúas placas separadas por unha certa distancia (d), como na imaxe da esquerda. Neste artigo, suponse que as dúas placas condutoras están separadas por un baleiro. Na imaxe, unha das placas condutoras está cargada positivamente (+Q) mentres que a outra placa condutora está cargada negativamente (-Q), onde a cantidade de carga eléctrica en cada placa é a mesma.
A diferenza de carga eléctrica entre as dúas placas condutoras crea un campo eléctrico e unha diferenza de potencial entre elas. A placa cargada positivamente ten un potencial máis alto, mentres que a placa cargada negativamente ten un potencial máis baixo. Como se explica no artigo sobre o potencial eléctrico , se hai unha diferenza de potencial entre as dúas placas do condensador, hai enerxía potencial eléctrica no condensador. A enerxía potencial eléctrica almacenada nun condensador ten moitos usos.
Factores que afectan á capacitancia dun condensador de placas paralelas
Os condensadores están inicialmente sen carga ou electricamente neutros. Para cargalos, cárganse conectándoos a unha fonte de tensión, como unha batería, mediante cables. Unha placa condutora está conectada ao terminal positivo da batería, mentres que a outra placa condutora está conectada ao terminal negativo.
Lembra que as cargas iguais repélense, mentres que as cargas diferentes atráense. Os electróns teñen carga negativa e móvense facilmente porque están situados na superficie do átomo, mentres que os protóns teñen carga positiva e non se poden mover porque están situados no núcleo. Se o número de protóns nunha placa condutora supera o número de electróns, a placa ten carga positiva. Pola contra, se o número de electróns supera o número de protóns, a placa ten carga negativa.
Despois de conectar o condensador á batería, o polo positivo da batería cárgase positivamente, atraendo electróns da placa condutora, mentres que o polo negativo da batería cárgase negativamente, repelendo electróns cara á placa condutora. A transferencia de electróns entre a batería e a placa condutora fai que a placa condutora que perde electróns se cargue positivamente e a placa condutora que recibe electróns se cargue negativamente. A transferencia de electróns detense cando a diferenza de potencial eléctrico entre as dúas placas condutoras é igual á diferenza de potencial eléctrico entre os dous terminais da batería.
Os condensadores almacenan carga eléctrica e enerxía potencial . A medida da capacidade dun condensador para almacenar carga eléctrica e enerxía potencial chámase capacitancia. Canto maior sexa a carga eléctrica almacenada, maior será a enerxía potencial e maior será a capacitancia. Que factores afectan á capacitancia dun condensador de placas paralelas?
– Superficie da placa condutora
Os condensadores de placas paralelas almacenan carga eléctrica nas súas placas condutoras. Unha pequena superficie de placa significa que se almacena pouca carga; unha gran superficie de placa significa que se almacena unha gran carga. Canta máis carga se almacene nas placas condutoras, maior será a enerxía potencial eléctrica do condensador. Polo tanto, canto maior sexa a enerxía potencial eléctrica do condensador, maior será a súa capacitancia. Baseándose nesta revisión, pódese concluír que a capacitancia do condensador (C) é proporcional á superficie das placas condutoras (A).
– Distancia entre as dúas placas condutoras
O movemento dos electróns detense despois de que a diferenza de potencial entre as dúas placas condutoras sexa igual á diferenza de potencial entre os dous polos da batería. Como pode aumentar a carga eléctrica nas dúas placas condutoras? Unha forma é reducir a distancia entre os dous condutores (reducir d). Cando os dous condutores se achegan, a cantidade de carga eléctrica permanece constante, de xeito que o campo eléctrico producido pola carga eléctrica ten un valor constante. Segundo a ecuación V = Ed, cando o campo eléctrico (E) é constante, a diferenza de potencial eléctrico (V) diminúe se se reduce a distancia entre as dúas placas condutoras (d).
A diferenza de potencial entre as dúas placas condutoras diminúe ata que é menor que a diferenza de potencial entre os dous terminais da batería. Isto fai que os electróns se movan de novo ata que a carga eléctrica en cada placa condutora aumenta. O movemento dos electróns detense unha vez que a diferenza de potencial entre as dúas placas é igual á diferenza de potencial entre os dous terminais da batería.
Cando se reduce a distancia entre as dúas placas condutoras, a carga eléctrica en cada placa aumenta, de xeito que a enerxía potencial eléctrica no condensador tamén aumenta. Se a enerxía potencial eléctrica no condensador aumenta, a capacitancia do condensador tamén aumenta. Se a distancia se reduce, a carga aumenta, de xeito que a capacitancia aumenta; se a distancia aumenta, a carga diminúe, de xeito que a capacitancia diminúe. Pódese concluír que a capacitancia do condensador (C) é inversamente proporcional á distancia entre as dúas placas condutoras (d).
Ecuación de capacitancia para un condensador de placas paralelas
Anteriormente, explicáronse os factores que afectan ao valor da capacitancia dun condensador de placas paralelas. O valor da capacitancia pódese coñecer claramente mediante cálculos con ecuacións. No artigo sobre a determinación do campo eléctrico usando a lei de Gauss, tratouse a fórmula para calcular o campo eléctrico preto dunha placa condutora cargada electricamente que é E = σ/ε₂o , onde σ = Q/A de xeito que a ecuación do campo eléctrico cambia a E = Q/A: ε₂o = Q/A x 1/ε₂o = Q/Aε₂o . A ecuación do potencial eléctrico é V = E₂d, onde E = Q/Aε₂o de xeito que a ecuación cambia a V = Qd/Aε₂o . A ecuación da capacitancia é C = Q/V, onde V = Qd/Aε₂o de xeito que a ecuación da capacitancia cambia a C = Q: Qd/Aε₂o = Q x Aε₂o / Qd = Aε₂o / d.
Baseándose na ecuación de capacitancia C = A ε o / d, pódese concluír que a capacitancia (C) é proporcional á área superficial (A) e inversamente proporcional á distancia (d) entre as dúas placas condutoras.
Descrición da fórmula: E = campo eléctrico, σ = densidade de carga, ε₂o = permitividade do espazo baleiro = 8,85 x 10⁻¹² F /m, Q = carga eléctrica, A = superficie da placa condutora, V = diferenza de potencial eléctrico.
