Definicija pločastog kondenzatora
Pločasti kondenzator je kondenzator koji se sastoji od dvije paralelne ploče ili vodične ploče, pri čemu svaka ploča ima istu površinu presjeka (A) i dvije ploče su odvojene određenom udaljenošću (d), kao na slici lijevo. U ovom članku pretpostavimo da su dvije vodične ploče odvojene vakuumom. Na slici je jedna od vodičnih ploča pozitivno nabijena (+Q), dok je druga vodična ploča negativno nabijena (-Q), gdje je količina električnog naboja na svakoj ploči ista.
Razlika u električnom naboju između dvije vodljive ploče stvara električno polje i razliku potencijala između njih. Pozitivno nabijena ploča ima veći potencijal, dok negativno nabijena ploča ima niži potencijal. Kao što je objašnjeno u članku o električnom potencijalu , ako postoji razlika potencijala između dvije ploče kondenzatora, u kondenzatoru postoji električna potencijalna energija. Električna potencijalna energija pohranjena u kondenzatoru ima mnogo namjena.
Čimbenici koji utječu na kapacitet pločastog kondenzatora
Kondenzatori su u početku nenabijeni ili električno neutralni. Da bi se napunili, pune se spajanjem na izvor napona, poput baterije, pomoću kabela. Jedna ploča vodiča spojena je na pozitivni pol baterije, dok je druga ploča vodiča spojena na negativni pol.
Zapamtite da se istosmjerni naboji odbijaju, dok se različiti naboji privlače. Elektroni su negativno nabijeni i lako se kreću jer se nalaze na površini atoma, dok su protoni pozitivno nabijeni i ne mogu se kretati jer se nalaze u jezgri. Ako je broj protona na vodljivoj ploči veći od broja elektrona, ploča je pozitivno nabijena. Obrnuto, ako je broj elektrona veći od broja protona, ploča je negativno nabijena.
Nakon što je kondenzator spojen na bateriju, pozitivni pol baterije se pozitivno nabije, privlačeći elektrone s vodiča, dok je negativni pol baterije negativno nabijen, odbijajući elektrone prema vodiču. Prijenos elektrona između baterije i vodiča uzrokuje da vodič koji gubi elektrone postane pozitivno nabijen, a vodič koji prima elektrone postane negativno nabijen. Prijenos elektrona prestaje kada je razlika električnog potencijala između dviju vodiča jednaka razlici električnog potencijala između dvaju priključaka baterije.
Kondenzatori pohranjuju električni naboj i potencijalnu energiju . Mjera sposobnosti kondenzatora za pohranu električnog naboja i potencijalne energije naziva se kapacitet. Što je veći pohranjeni električni naboj, veća je potencijalna energija i veći je kapacitet. Koji čimbenici utječu na kapacitet pločastog kondenzatora?
– Površina provodne ploče
Kondenzatori s paralelnim pločama pohranjuju električni naboj na svojim vodljivim pločama. Mala površina ploče znači da se pohranjuje malo naboja; velika površina ploče znači da se pohranjuje veliki naboj. Što je više naboja pohranjeno na vodljivim pločama, to je veća električna potencijalna energija kondenzatora. Stoga, što je veća električna potencijalna energija kondenzatora, to je veći njegov kapacitet. Na temelju ovog pregleda može se zaključiti da je kapacitet kondenzatora (C) proporcionalan površini vodljivih ploča (A).
– Udaljenost između dvije vodične ploče
Gibanje elektrona prestaje nakon što je razlika potencijala između dvije vodične ploče jednaka razlici potencijala između dva pola baterije. Kako se električni naboj na dvije vodične ploče može povećati? Jedan od načina je smanjenje udaljenosti između dva vodiča (smanjenje d). Kada se dva vodiča približe jedan drugome, količina električnog naboja ostaje konstantna tako da električno polje koje proizvodi električni naboj ima konstantnu vrijednost. Na temelju jednadžbe V = E d, kada je električno polje (E) konstantno, razlika električnog potencijala (V) se smanjuje ako se smanji udaljenost između dvije vodične ploče (d).
Razlika potencijala između dvije vodljive ploče smanjuje se sve dok ne postane manja od razlike potencijala između dvaju priključaka baterije. To uzrokuje ponovno kretanje elektrona sve dok se električni naboj na svakoj vodljivoj ploči ne poveća. Kretanje elektrona prestaje kada razlika potencijala između dvije ploče postane jednaka razlici potencijala između dvaju priključaka baterije.
Kada se smanji udaljenost između dvije vodične ploče, električni naboj na svakoj ploči se povećava tako da se povećava i električna potencijalna energija u kondenzatoru. Ako se poveća električna potencijalna energija u kondenzatoru, povećava se i kapacitet kondenzatora. Ako se udaljenost smanji, naboj se povećava tako da se kapacitet povećava, ako se udaljenost poveća, naboj se smanjuje tako da se kapacitet smanjuje. Može se zaključiti da je kapacitet kondenzatora (C) obrnuto proporcionalan udaljenosti između dvije vodične ploče (d).
Jednadžba kapacitivnosti za pločasti kondenzator
Prethodno je objašnjeno što utječe na vrijednost kapacitivnosti pločastog kondenzatora. Vrijednost kapacitivnosti može se jasno znati izračunima pomoću jednadžbi. U članku o određivanju električnog polja pomoću Gaussovog zakona, raspravljalo se o formuli za izračun električnog polja u blizini električno nabijene ploče vodiča E = σ/εo , gdje je σ = Q/A, tako da se jednadžba električnog polja mijenja u E = Q/A : εo = Q/A x 1/εo = Q/Aεo . Jednadžba električnog potencijala je V = E d, gdje je E = Q/Aεo , tako da se jednadžba mijenja u V = Qd/Aεo . Jednadžba kapacitivnosti je C = Q/V, gdje je V = Qd/Aεo , tako da se jednadžba kapacitivnosti mijenja u C = Q : Qd/Aεo = Q x Aεo / Qd = Aεo / d.
Na temelju jednadžbe kapacitivnosti C = A ε o / d može se zaključiti da je kapacitivnost (C) proporcionalna površini (A) i obrnuto proporcionalna udaljenosti (d) između dviju vodičkih ploča.
Opis formule: E = električno polje, σ = gustoća naboja, εo = permitivnost praznog prostora = 8,85 x 10⁻¹² F /m, Q = električni naboj, A = površina vodiča, V = razlika električnih potencijala.
