Параллель пластиналы конденсатордың анықтамасы
Параллель пластиналы конденсатор - екі параллель пластинадан немесе өткізгіш пластиналардан тұратын конденсатор, олардың әрқайсысының көлденең қимасының ауданы (A) және сол жақтағы суреттегідей белгілі бір қашықтыққа (d) бөлінген екі пластина. Бұл мақалада екі өткізгіш пластина вакууммен бөлінген деп есептейік. Суретте өткізгіш пластиналардың бірі оң зарядталған (+Q), ал екінші өткізгіш пластина теріс зарядталған (-Q), мұндағы әр пластинадағы электр зарядының мөлшері бірдей.
Екі өткізгіш пластина арасындағы электр зарядының айырмашылығы электр өрісін және олардың арасында потенциалдар айырымын тудырады. Оң зарядталған пластинаның потенциалы жоғары, ал теріс зарядталған пластинаның потенциалы төмен. Электрлік потенциал туралы мақалада түсіндірілгендей , егер екі конденсатор пластинасы арасында потенциалдар айырымы болса, конденсаторда электрлік потенциал энергиясы болады. Конденсаторда сақталған электрлік потенциал энергиясының көптеген қолданыстары бар.
Параллель пластиналы конденсатордың сыйымдылығына әсер ететін факторлар
Конденсаторлар бастапқыда зарядталмаған немесе электрлік бейтарап болады. Оларды зарядтау үшін олар кабельдер арқылы батарея сияқты кернеу көзіне қосылу арқылы зарядталады. Бір өткізгіш пластина батареяның оң терминалына, ал екінші өткізгіш пластина теріс терминалға қосылған.
Ұқсас зарядтардың тебілетінін, ал айырмашылығы зарядтардың тартылатынын есте сақтаңыз. Электрондар теріс зарядталған және атом бетінде орналасқандықтан оңай қозғалады, ал протондар оң зарядталған және ядрода орналасқандықтан қозғала алмайды. Егер өткізгіш пластинадағы протондар саны электрондар санынан асып кетсе, пластина оң зарядталған болады. Керісінше, егер электрондар саны протондар санынан асып кетсе, пластина теріс зарядталған болады.
Конденсатор батареяға қосылғаннан кейін, батареяның оң полюсі оң зарядталады, өткізгіш пластинадан электрондарды тартады, ал батареяның теріс полюсі теріс зарядталады, бұл электрондарды өткізгіш пластинаға итереді. Батарея мен өткізгіш пластина арасындағы электрондардың ауысуы электрондарды жоғалтатын өткізгіш пластинаның оң зарядталуына және электрондарды қабылдайтын өткізгіш пластинаның теріс зарядталуына әкеледі. Екі өткізгіш пластина арасындағы электрлік потенциалдар айырмашылығы екі батарея терминалы арасындағы электрлік потенциалдар айырмашылығына тең болған кезде электрондардың ауысуы тоқтайды.
Конденсаторлар электр зарядын және потенциалдық энергияны сақтайды . Конденсатордың электр зарядын және потенциалдық энергияны сақтау қабілетінің өлшемі сыйымдылық деп аталады. Сақталған электр заряды неғұрлым көп болса, потенциалдық энергия соғұрлым көп болады және сыйымдылық соғұрлым үлкен болады. Параллель пластиналы конденсатордың сыйымдылығына қандай факторлар әсер етеді?
– Өткізгіш пластинаның беткі ауданы
Параллель пластиналы конденсаторлар электр зарядын өткізгіш пластиналарында сақтайды. Пластинаның бетінің ауданы аз болса, заряд аз болады; пластинаның бетінің ауданы үлкен болса, заряд көп болады. Өткізгіш пластиналарда заряд неғұрлым көп болса, конденсатордың электрлік потенциалдық энергиясы соғұрлым көп болады. Сондықтан, конденсатордың электрлік потенциалдық энергиясы неғұрлым көп болса, оның сыйымдылығы соғұрлым жоғары болады. Осы шолуға сүйене отырып, конденсатордың сыйымдылығы (C) өткізгіш пластиналардың бетінің ауданына (A) пропорционалды деген қорытынды жасауға болады.
– Екі өткізгіш пластина арасындағы қашықтық
Екі өткізгіш пластиналар арасындағы потенциалдар айырмашылығы батареяның екі полюсі арасындағы потенциалдар айырмашылығына тең болғаннан кейін электрондардың қозғалысы тоқтайды. Екі өткізгіш пластиналарындағы электр заряды қалай артуы мүмкін? Бір жолы - екі өткізгіш арасындағы қашықтықты азайту (d азайту). Екі өткізгішті бір-біріне жақындатқан кезде, электр зарядының мөлшері тұрақты болып қалады, сондықтан электр заряды тудыратын электр өрісі тұрақты мәнге ие болады. V = E d теңдеуіне сүйене отырып, электр өрісі (E) тұрақты болған кезде, екі өткізгіш пластиналар арасындағы қашықтық азайса (d), электрлік потенциалдар айырмашылығы (V) азаяды.
Екі өткізгіш пластина арасындағы потенциалдар айырмашылығы батареяның екі терминалы арасындағы потенциалдар айырмашылығынан аз болғанша азаяды. Бұл әрбір өткізгіш пластинадағы электр заряды артқанша электрондардың қайтадан қозғалуына әкеледі. Екі пластина арасындағы потенциалдар айырмашылығы батареяның екі терминалы арасындағы потенциалдар айырмашылығына тең болған кезде электрондардың қозғалысы тоқтайды.
Екі өткізгіш пластина арасындағы қашықтық азайған кезде, әр пластинадағы электр заряды артады, сондықтан конденсатордағы электрлік потенциал энергиясы да артады. Егер конденсатордағы электрлік потенциал энергиясы артса, конденсатордың сыйымдылығы да артады. Егер қашықтық азайса, заряд артады, сондықтан сыйымдылық артады, егер қашықтық артса, заряд азаяды, сондықтан сыйымдылық азаяды. Конденсатордың сыйымдылығы (C) екі өткізгіш пластиналар арасындағы қашықтыққа (d) кері пропорционалды деген қорытынды жасауға болады.
Параллель пластиналы конденсатор үшін сыйымдылық теңдеуі
Бұрын параллель пластиналы конденсатордың сыйымдылық мәніне әсер ететін нәрселер түсіндірілген болатын. Сыйымдылық мәнін теңдеулерді пайдаланып есептеулер арқылы анық білуге болады. Гаусс заңын қолданып электр өрісін анықтау туралы мақалада электр зарядталған өткізгіш пластинаның жанындағы электр өрісін есептеу формуласы E = σ/ε o болатыны талқыланды , мұндағы σ = Q/A, сондықтан электр өрісінің теңдеуі E = Q/A болады: ε o = Q/A x 1/ε o = Q/Aε o . Электрлік потенциал теңдеуі V = E d, мұндағы E = Q/Aε o , сондықтан теңдеу V = Qd/Aε o болады . Сыйымдылық теңдеуі C = Q/V, мұндағы V = Qd/Aε o , сондықтан сыйымдылық теңдеуі C = Q болады: Qd/Aε o = Q x Aε o /Qd = Aε o /d.
C = A ε o / d сыйымдылық теңдеуіне сүйене отырып, сыйымдылықтың (C) бетінің ауданына (A) пропорционалды және екі өткізгіш пластиналарының арасындағы қашықтыққа (d) кері пропорционалды деген қорытынды жасауға болады.
Формула сипаттамасы: E = электр өрісі, σ = заряд тығыздығы, ε = бос кеңістіктің диэлектрлік өткізгіштігі = 8,85 x 10 -12 F/м, Q = электр заряды, A = өткізгіш пластинасының беттік ауданы, V = электрлік потенциалдар айырымы.
