Definicija pločastog kondenzatora
Kondenzator s paralelnim pločama je kondenzator koji se sastoji od dvije paralelne vodične ploče, pri čemu svaka ploča ima jednaku površinu presjeka (A) i dvije ploče odvojene određenom udaljenošću (d), kao što je prikazano na slici lijevo. Jedna od vodičnih ploča je pozitivno nabijena (+Q), dok je druga vodična ploča negativno nabijena (-Q), gdje je količina električno punjenje na svakoj ploči je jednak. Kako se naboj ne bi pomaknuo na molekulu zraka, kondenzator je izoliran od okoline, a između dvije ploče nalazi se vakuum.
Razlika u vrstama električnih naboja u obje vodične ploče stvara električno polje i razliku električnog potencijala između dvije ploče. Pozitivno nabijena ploča ima veći električni potencijal, dok negativno nabijena ploča ima niži električni potencijal. Kao što je objašnjeno u temi o električnom potencijalu, ako postoji razlika električnog potencijala između dvije ploče kondenzatora, u kondenzatoru postoji električna potencijalna energija. Električna potencijalna energija pohranjena u kondenzatorima ima mnogo primjena.
Čimbenici koji utječu na kapacitet pločastog kondenzatora
Kondenzator u početku nije električno nabijen niti električno neutralan. Da bi se napunio, punjenje kondenzatora se vrši spajanjem kondenzatora s izvorom napona kao što je baterija pomoću kabela. Jedna od vodičnih ploča spojena je na pozitivni pol baterije, dok je druga vodična ploča spojena na negativni pol baterije.
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 atomskoj jezgri. Ako vodična ploča ima više protona nego elektrona, ploča je pozitivno nabijena, naprotiv, ako je broj elektrona veći od protona, ploča je negativno nabijena.
Nakon što je kondenzator spojen na bateriju, pozitivni pol baterije se pozitivno nabije. Tako da odvlači elektrone s vodiča, dok se negativni pol baterije negativno nabije, tako da odbija elektrone na vodič. Električni pomak između baterije i vodiča uzrokuje da vodič gubi elektrone koji se pozitivno nabijaju, a vodič prima elektrone koji se negativno nabijaju. Kretanje elektrona prestaje nakon što razlika električnog potencijala između dvije vodiča postane jednaka razlici električnog potencijala između dva pola baterije.
Funkcija kondenzatora je pohranjivanje električnog naboja i električne potencijalne energije . Veličina sposobnosti kondenzatora da pohrani električni naboj i električnu potencijalnu energiju naziva se kapacitet. Što se više električne energije pohranjuje, veća je i pohranjena električna potencijalna energija, što je veći kapacitet kondenzatora. Koji čimbenici utječu na kapacitet pločastog kondenzatora?
Površina provodne ploče
Pločasti kondenzator pohranjuje električni naboj na vodičnoj ploči. Ako je površina ploče mala, pohranjuje se malo električnog naboja, u suprotnom, ako je površina ploče velika, pohranjuje se puno električnog naboja. Što je više električnih naboja pohranjeno na vodičnoj ploči, to je veća električna potencijalna energija koju kondenzator posjeduje. Dakle, 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 vodične ploče (A).
Udaljenost između dvije vodičke ploče
Prijenos elektrona prestaje nakon što je razlika potencijala između dvije vodične ploče jednaka razlici potencijala između dva pola baterije. Kako povećati električni naboj na obje vodične ploče? Jedan od načina je smanjenje udaljenosti između dva vodiča (minimiziranje d). Kada se dva vodiča približe, količina električnog naboja ostaje tako da je električno polje koje proizvodi električni naboj fiksno. Na temelju jednadžbe V = E d, kada je električno polje (E) konstantno, razlika električnog potencijala (V) se smanjuje ako se udaljenost između dvije vodične ploče smanji (d).
Razlika potencijala između dvije vodične ploče smanjuje se tako da je manja od razlike potencijala između dva pola baterije. To ponovno uzrokuje pomicanje elektrona sve dok se električni naboj svake vodične ploče ne poveća. Prijenos elektrona prestaje nakon što razlika potencijala između dvije ploče postane jednaka razlici potencijala između dva pola baterije.
Kada se smanji udaljenost između dvije vodične ploče, električni naboj na svakoj ploči se povećava tako da se povećava i električna potencijalna energija kondenzatora. Ako se poveća električna potencijalna energija kondenzatora, povećava se i kapacitet kondenzatora. Ako se udaljenost smanji, naboj se povećava tako da se kapacitet povećava, kada 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 kapaciteta pločastog kondenzatora
Prethodno su objašnjeni čimbenici koji utječu na kapacitet pločastih kondenzatora. Vrijednost kapaciteta može se jasno znati izračunima pomoću jednadžbe. U temi o određivanju električnog polja pomoću Gaussovog zakona, formula za izračun električnog polja u blizini električno nabijene ploče vodiča je 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 / A εoJednadžba električnog potencijala je V = E d, gdje je E = Q / A εo tako da se jednadžba mijenja u V = Q d / A εoJednadžba kapacitivnosti je C = Q/V, gdje je V = Q d / A εo tako da se jednadžba kapacitivnosti mijenja u C = Q: Q d / A εo = Q x A εo / Q d = A εo / dan/dan
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.
E = električno polje, σ = gustoća naboja, εo = permitivnost vakuuma = 8.85 x 10⁻¹² F /m, Q = električni naboj, A = površina vodiča, V = razlika električnih potencijala.
