Definición do condensador de placas paralelas
O condensador de placas paralelas é un condensador que consta de dúas placas condutoras paralelas, cada placa cunha área de sección transversal igual (A) e dúas placas separadas por unha certa distancia (d), como se mostra na figura da esquerda. 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 igual. Para que a carga non se mova cara á molécula de aire, o condensador está illado do ambiente e, entre as dúas placas, hai un baleiro.
A diferenza nos tipos de cargas eléctricas en ambas placas condutoras crea un campo eléctrico e unha diferenza de potencial eléctrico entre as dúas placas. A placa cargada positivamente ten un potencial eléctrico máis alto, mentres que a placa cargada negativamente ten un potencial eléctrico máis baixo. Como se explicou no tema do potencial eléctrico, se hai unha diferenza de potencial eléctrico entre as dúas placas do condensador, hai unha enerxía potencial eléctrica no condensador. A enerxía potencial eléctrica almacenada nos condensadores ten moitos usos.
Factores que afectan á capacitancia do condensador de placas paralelas
Ao principio, o condensador non está cargado electricamente nin é electricamente neutro. Para cargarse, a carga faise conectándoo a unha fonte de tensión, como unha batería, mediante un cable. Unha das placas condutoras está conectada ao polo positivo da batería, mentres que a outra placa condutora está conectada ao polo negativo da batería.
Lembra que as cargas iguais se repelen, mentres que as cargas diferentes se atraen. Os electróns teñen carga negativa e móvense facilmente porque están na superficie do átomo, mentres que os protóns teñen carga positiva e non se poden mover porque están no núcleo atómico. Se a placa condutora ten máis protóns que electróns, a placa ten carga positiva; pola contra, se o número de electróns é maior que o de protóns, a placa ten carga negativa.
Despois de conectar o condensador á batería, o polo positivo da batería cárgase positivamente. De xeito que atrae os electróns da placa condutora, mentres que o polo negativo da batería cárgase negativamente, de xeito que os rexeita cara á placa condutora. O desprazamento eléctrico entre a batería e a placa condutora fai que a placa condutora perda electróns para cargarse positivamente e que a placa condutora reciba electróns para cargarse negativamente. O movemento de electróns detense despois de que a diferenza de potencial eléctrico entre as dúas placas condutoras sexa igual á diferenza de potencial eléctrico entre os dous polos da batería.
Función do condensador para almacenar a carga eléctrica e a enerxía potencial eléctrica . A capacidade do condensador para almacenar a carga eléctrica e a enerxía potencial eléctrica chámase capacitancia. Canta máis electricidade se almacenen, maior será a enerxía potencial eléctrica almacenada, maior será a capacitancia do condensador. Que factores inflúen na capacitancia dun condensador de placas paralelas?
A superficie da placa condutora
O condensador de placas paralelas almacena a carga eléctrica na placa condutora. Se a superficie da placa é pequena, almacénase unha pequena cantidade de carga eléctrica; se a superficie da placa é grande, almacénase moita carga eléctrica. Cantas máis cargas eléctricas se almacenen na placa condutora, maior será a enerxía potencial eléctrica que posúa o condensador. Polo tanto, canto maior sexa a enerxía potencial eléctrica do condensador, maior será a capacitancia do condensador. Baseándose nesta revisión, pódese concluír que a capacitancia do condensador (C) é proporcional á superficie da placa condutora (A).
A distancia entre as dúas placas condutoras
A transferencia de 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 se aumenta a carga eléctrica en ambas as placas condutoras? Unha forma é reducir a distancia entre os dous condutores (minimizando d). Cando os dous condutores se achegan, a cantidade de carga eléctrica permanece de xeito que o campo eléctrico producido pola carga eléctrica é fixo. Segundo a ecuación V = Ed, cando o campo eléctrico (E) é constante, a diferenza de potencial eléctrico (V) diminúe se a distancia entre as dúas placas condutoras diminúe (d).
A diferenza de potencial entre as dúas placas condutoras redúcese de xeito que sexa menor que a diferenza de potencial entre os dous polos da batería. Isto provoca o desprazamento dos electróns de novo ata que a carga eléctrica de cada placa condutora aumenta. A transferencia de electróns detense despois de que a diferenza de potencial entre as dúas placas sexa igual á diferenza de potencial entre os dous polos 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 do condensador tamén aumenta. Se a enerxía potencial eléctrica do condensador aumenta, a capacitancia do condensador tamén aumenta. Se a distancia se reduce, a carga aumenta, de xeito que a capacitancia aumenta; cando 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).
A ecuación da capacitancia dun condensador de placas paralelas
Anteriormente, explicáronse os aspectos que afectan á capacitancia dos condensadores de placas paralelas. O valor da capacitancia pódese coñecer claramente mediante cálculos que empregan a ecuación. Nun tema sobre a determinación do campo eléctrico mediante a lei de Gauss, a fórmula para calcular o campo eléctrico preto da placa condutora cargada electricamente é E = σ / εo, onde σ = Q / A de xeito que a ecuación do campo eléctrico cambia a E = Q/A: εo = Q/A x 1/εo = Q / A εoA ecuación do potencial eléctrico é V = E d, onde E = Q / A εo de xeito que a ecuación cambia a V = Q d / A εoA ecuación da capacitancia é C = Q/V, onde V = Q d / A εo de xeito que a ecuación da capacitancia cambia a C = Q: Q d / A εo = Q x A εo / Q d = A εo / d.
Baseándose na ecuación da 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.
E = campo eléctrico, σ = densidade de carga, ε₂o = permitividade do baleiro = 8.85 x 10⁻¹² F /m, Q = carga eléctrica, A = área superficial da placa condutora, V = diferenza de potencial eléctrico.
