Skilgreining á samsíða plötuþétti
Samsíða plötuþétti er þétti sem samanstendur af tveimur samsíða plötum eða leiðaraplötum, þar sem hvor plata hefur sama þversniðsflatarmál (A) og plöturnar tvær eru aðskildar með ákveðinni fjarlægð (d), eins og á myndinni vinstra megin. Í þessari grein er gert ráð fyrir að leiðaraplöturnar tvær séu aðskildar með lofttæmi. Á myndinni er önnur leiðaraplatan jákvætt hlaðin (+Q) en hin leiðaraplatan neikvætt hlaðin (-Q), þar sem magn rafhleðslunnar á hvorri plötu er það sama.
Mismunur á rafhleðslu milli leiðandi platnanna tveggja býr til rafsvið og spennumun á milli þeirra. Jákvæð hlaðna platan hefur hærri spennu en neikvætt hlaðna platan hefur lægri. Eins og útskýrt er í greininni um rafspennu , ef spennumunur er á milli þéttiplatnanna tveggja, þá er rafstöðuorka í þéttinum. Rafstöðuorkan sem er geymd í þétti hefur marga notkunarmöguleika.
Þættir sem hafa áhrif á rýmd samsíða plötuþétta
Þéttar eru upphaflega óhlaðnir eða rafmagnslega hlutlausir. Til að hlaða þá eru þeir hlaðnir með því að tengja þá við spennugjafa, eins og rafhlöðu, með snúrum. Önnur leiðaraplatan er tengd við jákvæða pól rafhlöðunnar, en hin leiðaraplatan er tengd við neikvæða pólinn.
Munið að eins hleðslur hrinda hvor annarri frá sér en ólíkar hleðslur dragast að. Rafeindir eru neikvætt hlaðnar og hreyfast auðveldlega vegna þess að þær eru staðsettar á yfirborði atómsins, en róteindir eru jákvætt hlaðnar og geta ekki hreyft sig vegna þess að þær eru staðsettar í kjarnanum. Ef fjöldi róteinda á leiðandi plötu er meiri en fjöldi rafeinda, þá er platan jákvætt hlaðin. Aftur á móti, ef fjöldi rafeinda er meiri en fjöldi róteinda, þá er platan neikvætt hlaðin.
Eftir að þéttirinn er tengdur við rafhlöðuna er jákvæði pól rafhlöðunnar jákvætt hlaðinn og dregur að sér rafeindir frá leiðaraplötunni, en neikvæði pól rafhlöðunnar er neikvætt hlaðinn og hrindir frá sér rafeindir að leiðaraplötunni. Flutningur rafeinda milli rafhlöðunnar og leiðaraplötunnar veldur því að leiðaraplatan sem missir rafeindir verður jákvætt hlaðin og leiðaraplatan sem tekur við rafeindum verður neikvætt hlaðin. Flutningur rafeinda hættir þegar spennumunurinn á milli leiðaraplatnanna tveggja er jafn spennumunurinn á milli rafhlöðutengjanna tveggja.
Þéttar geyma rafhleðslu og hugsanlega orku . Mælikvarði á getu þéttis til að geyma rafhleðslu og hugsanlega orku kallast rýmd. Því meiri sem geymd rafhleðsla er, því meiri er hugsanleg orka og því meiri er rýmdin. Hvaða þættir hafa áhrif á rýmd samsíða plötuþéttis?
– Yfirborðsflatarmál leiðaraplötunnar
Samsíða plötuþéttar geyma rafhleðslu á leiðandi plötum sínum. Lítið yfirborðsflatarmál platunnar þýðir að lítil hleðsla er geymd; stórt yfirborðsflatarmál platunnar þýðir að mikil hleðsla er geymd. Því meiri hleðsla sem er geymd á leiðandi plötunum, því meiri er rafstöðuorka þéttisins. Þess vegna, því meiri sem rafstöðuorka þéttisins er, því meiri er rýmd hans. Byggt á þessari yfirferð má álykta að rýmd þéttisins (C) er í réttu hlutfalli við yfirborðsflatarmál leiðandi platnanna (A).
– Fjarlægð milli leiðaraplatnanna tveggja
Hreyfing rafeinda stöðvast eftir að spennumunurinn á milli leiðaraplatnanna tveggja er jafn spennumunurinn á milli pólanna tveggja í rafhlöðunni. Hvernig getur rafhleðslan á leiðaraplötunum tveimur aukist? Ein leið er að minnka fjarlægðina milli leiðaranna tveggja (minnka d). Þegar leiðararnir tveir eru færðir nálægt hvor öðrum helst magn rafhleðslunnar stöðugt þannig að rafsviðið sem rafhleðslan myndar hefur fast gildi. Samkvæmt jöfnunni V = E d, þegar rafsviðið (E) er stöðugt, minnkar rafspennumunurinn (V) ef fjarlægðin milli leiðaraplatnanna tveggja er minnkuð (d).
Spennumunurinn á milli leiðandi platnanna tveggja minnkar þar til hann er minni en spennumunurinn á milli skautanna tveggja á rafhlöðunni. Þetta veldur því að rafeindir hreyfast aftur þar til rafhleðslan á hvorri leiðandi plötu eykst. Hreyfing rafeinda hættir þegar spennumunurinn á milli platnanna tveggja er jafn spennumunurinn á milli skautanna tveggja á rafhlöðunni.
Þegar fjarlægðin milli leiðaraplatnanna tveggja minnkar eykst rafhleðslan á hvorri plötu þannig að rafstöðuorka í þéttinum eykst einnig. Ef rafstöðuorka í þéttinum eykst eykst einnig rýmd þéttisins. Ef fjarlægðin minnkar eykst hleðslan þannig að rýmdin eykst, ef fjarlægðin er aukin minnkar hleðslan þannig að rýmdin minnkar. Hægt er að álykta að rýmd þéttisins (C) sé í öfugu hlutfalli við fjarlægðina milli leiðaraplatnanna tveggja (d).
Rafmagnsjafna fyrir samsíða plötuþétti
Áður hefur verið útskýrt hvað hefur áhrif á rafrýmdargildi samsíða plötuþéttis. Hægt er að vita rafrýmdargildið greinilega með útreikningum með jöfnum. Í greininni um að ákvarða rafsvið með lögmáli Gauss hefur verið rætt um formúluna til að reikna rafsvið nálægt rafhlaðinni leiðaraplötu er E = σ/εo , þar sem σ = Q/A þannig að rafsviðsjafnan breytist í E = Q/A: εo = Q/Ax1/εo = Q/Aεo . Rafspennujafnan er V = Ed, þar sem E = Q/Aεo þannig að jafnan breytist í V = Qd/Aεo . Rýmdarjafnan er C = Q/V, þar sem V = Qd/Aεo þannig að rafrýmdarjafnan breytist í C = Q: Qd/Aεo = Qx Aεo / Qd = Aεo / d.
Byggt á rafrýmdarjöfnunni C = A ε o / d má álykta að rafrýmdin (C) sé í réttu hlutfalli við yfirborðsflatarmálið (A) og í öfugu hlutfalli við fjarlægðina (d) milli leiðaraplatnanna tveggja.
Lýsing formúlunnar: E = rafsvið, σ = hleðsluþéttleiki, εo = rafleysni tómarúms = 8,85 x 10-12 F /m, Q = rafhleðsla, A = yfirborðsflatarmál leiðaraplötunnar, V = spennumunur.
