A párhuzamos lemezes kondenzátor meghatározása
A síkkondenzátor két párhuzamos vezetőlemezből áll, amelyek keresztmetszeti területe (A) megegyezik, és két, egymástól bizonyos távolságra (d) lévő lemezből, ahogy a bal oldali ábra is mutatja. Az egyik vezetőlemez pozitív töltésű (+Q), míg a másik negatív töltésű (-Q), ahol a töltés mennyisége a következő: elektromos töltés minden lemezen egyenlő. Annak érdekében, hogy a töltés ne kerüljön a levegő molekulájára, a kondenzátor el van szigetelve a környezettől, és a két lemez között vákuum van.
A két vezetőlemezben lévő elektromos töltések típusának különbsége elektromos mezőt és elektromos potenciálkülönbséget hoz létre a két lemez között. A pozitív töltésű lemez nagyobb elektromos potenciállal rendelkezik, míg a negatív töltésű lemez alacsonyabb elektromos potenciállal. Amint azt az elektromos potenciálról szóló részben kifejtettük, ha elektromos potenciálkülönbség van a kondenzátor két lemeze között, akkor elektromos potenciálenergia van a kondenzátorban. A kondenzátorokban tárolt elektromos potenciálenergiának számos felhasználási módja van.
A párhuzamos lemezes kondenzátor kapacitását befolyásoló tényezők
A kondenzátor kezdetben nincs elektromosan töltve, és elektromosan semleges. A töltés úgy történik, hogy a kondenzátort egy feszültségforráshoz, például egy akkumulátorhoz kábellel csatlakoztatják. Az egyik vezetőlemez az akkumulátor pozitív pólusához, míg a másik vezetőlemez az akkumulátor negatív pólusához csatlakozik.
Ne feledd, hogy az azonos töltések taszítják, míg az eltérő töltések vonzzák egymást. Az elektronok negatív töltésűek és könnyen mozognak, mivel az atom felületén vannak, míg a protonok pozitív töltésűek és nem tudnak mozogni, mivel az atommagban vannak. Ha a vezetőlemezen több proton van, mint elektron, a lemez pozitív töltésű, ellenkezőleg, ha az elektronok száma több, mint a protonok száma, a lemez negatív töltésű.
Miután a kondenzátort az akkumulátorhoz csatlakoztatjuk, az akkumulátor pozitív pólusa pozitív töltésűvé válik. Így az elektronokat magához vonzza a vezetőlemezről, míg az akkumulátor negatív pólusa negatív töltésűvé válik, így azokat a vezetőlemezre taszítja. Az akkumulátor és a vezetőlemez közötti elektromos elmozdulás miatt a vezetőlemez pozitív töltésű elektronokat vesz fel, a vezetőlemez pedig negatív töltésű elektronokat vesz fel. Az elektronok mozgása akkor áll le, amikor a két vezetőlemez közötti elektromos potenciálkülönbség megegyezik az akkumulátor két pólusa közötti elektromos potenciálkülönbséggel.
A kondenzátor funkciója az elektromos töltés és az elektromos potenciális energia tárolása . A kondenzátor elektromos töltés és elektromos potenciális energia tárolására való képességének nagyságát kapacitásnak nevezzük. Minél több elektromosságot tárolunk, annál nagyobb a tárolt elektromos potenciális energia is, annál nagyobb a kondenzátor kapacitása. Milyen tényezők befolyásolják a síkkondenzátor kapacitását?
A vezetőlemez felülete
A síkkondenzátor az elektromos töltést a vezetőlemezen tárolja. Ha a lemez felülete kicsi, akkor kevés elektromos töltés tárolódik, ellenkező esetben, ha a lemez felülete nagy, akkor sok elektromos töltés tárolódik. Minél több elektromos töltés tárolódik a vezetőlemezen, annál nagyobb a kondenzátor elektromos potenciális energiája. Tehát minél nagyobb a kondenzátor elektromos potenciális energiája, annál nagyobb a kondenzátor kapacitása. Ezen áttekintés alapján arra lehet következtetni, hogy a kondenzátor kapacitása (C) arányos a vezetőlemez felületével (A).
A két vezetőlemez közötti távolság
Az elektronátvitel leáll, miután a két vezetőlemez közötti potenciálkülönbség megegyezik a két akkumulátorpólus közötti potenciálkülönbséggel. Hogyan növelhető az elektromos töltés mindkét vezetőlemezen? Az egyik módszer a két vezető közötti távolság csökkentése (d minimalizálása). Amikor a két vezetőt közelebb hozzák egymáshoz, az elektromos töltés nagysága megmarad, így az elektromos töltés által létrehozott elektromos mező állandó. A V = E d egyenlet alapján, amikor az elektromos mező (E) állandó, az elektromos potenciálkülönbség (V) csökken, ha a két vezetőlemez közötti távolság csökken (d).
A két vezetőlemez közötti potenciálkülönbség csökken, így kisebb lesz, mint a két akkumulátorpólus közötti potenciálkülönbség. Ez az elektronok ismételt elmozdulását okozza, amíg mindkét vezetőlemez elektromos töltése meg nem nő. Az elektronátvitel leáll, miután a két lemez közötti potenciálkülönbség megegyezik a két akkumulátorpólus közötti potenciálkülönbséggel.
Amikor a két vezetőlemez közötti távolság csökken, az egyes lemezek elektromos töltése megnő, így a kondenzátor elektromos potenciális energiája is megnő. Ha a kondenzátor elektromos potenciális energiája nő, a kondenzátor kapacitása is megnő. Ha a távolság csökken, a töltés megnő, így a kapacitás is megnő, amikor a távolság nő, a töltés csökken, így a kapacitás csökken. Megállapítható, hogy a kondenzátor kapacitása (C) fordítottan arányos a két vezetőlemez közötti távolsággal (d).
A párhuzamos lemezes kondenzátor kapacitásának egyenlete
Korábban a lapos kondenzátorok kapacitását befolyásoló tényezőket ismertettük. A kapacitás értéke egyértelműen meghatározható a következő egyenlettel végzett számításokkal. Egy, a Gauss-törvény segítségével az elektromos tér meghatározásával foglalkozó témában az elektromosan töltött vezetőlemez közelében lévő elektromos tér kiszámításának képlete E = σ / εo, ahol σ = Q / A, így az elektromos tér egyenlete E = Q/A-ra változik: εo = Q/A × 1/εo = Q / AεoAz elektromos potenciál egyenlete V = E d, ahol E = Q / A εo így az egyenlet V = Q d / A ε-ra változikoA kapacitás egyenlete C = Q/V, ahol V = Qd / Aεo így a kapacitás egyenlete C = Q-ra változik: Q d / A εo = Q × Aεo / Q d = Aεo / d.
A C = A ε o / d kapacitás egyenlete alapján arra a következtetésre juthatunk, hogy a kapacitás (C) arányos a felülettel (A), és fordítottan arányos a két vezetőlemez közötti távolsággal (d).
E = elektromos tér, σ = töltéssűrűség, ε12 = vákuum permittivitás = 8.85 x 10⁻¹² F /m, Q = elektromos töltés, A = a vezetőlemez felülete, V = elektromos potenciálkülönbség.
