Параллель пластиналы конденсатордың анықтамасы
Параллель пластиналы конденсатор - бұл екі параллель өткізгіш пластиналардан тұратын конденсатор, олардың әрқайсысының көлденең қимасы тең (A) және белгілі бір қашықтықта (d) бөлінген екі пластина, сол жақтағы суретте көрсетілгендей. Өткізгіш пластиналарының бірі оң зарядталған (+Q), ал екінші өткізгіш пластинасы теріс зарядталған (-Q), мұндағы мөлшері электр заряды әр пластинадағы заряд тең. Заряд ауа молекуласына ауыспауы үшін конденсатор қоршаған ортадан оқшауланған және екі пластина арасында вакуум пайда болады.
Екі өткізгіш пластиналарындағы электр зарядтарының түрлерінің айырмашылығы екі пластина арасында электр өрісін және электрлік потенциалдар айырмашылығын тудырады. Оң зарядталған пластинаның электрлік потенциалы жоғары, ал теріс зарядталған пластинаның электрлік потенциалы төмен. Электрлік потенциал тақырыбында түсіндірілгендей, егер конденсатордың екі пластинасы арасында электрлік потенциалдар айырмашылығы болса, конденсаторда электрлік потенциал энергиясы болады. Конденсаторларда сақталған электрлік потенциал энергиясының көптеген қолданыстары бар.
Параллель пластиналы конденсатордың сыйымдылығына әсер ететін факторлар
Бастапқыда конденсатор электрлік зарядталмаған немесе электрлік бейтарап емес. Зарядталу үшін конденсаторды зарядтау оны кабель арқылы батарея сияқты кернеу көзіне қосу арқылы жүзеге асырылады. Өткізгіш пластиналарының бірі батареяның оң полюсіне, ал екінші өткізгіш пластина батареяның теріс полюсіне қосылған.
Ұқсас зарядтардың бір-бірін тебетінін, ал қарама-қарсы зарядтардың бір-бірін тартатынын есте сақтаңыз. Электрондар теріс зарядталған және атом бетінде болғандықтан оңай қозғалады, ал протондар оң зарядталған және атом ядросында болғандықтан қозғала алмайды. Егер өткізгіш пластинада электрондарға қарағанда протондар көп болса, пластина оң зарядталған, керісінше, егер электрондар саны протондар санынан көп болса, пластина теріс зарядталған.
Конденсатор батареяға қосылғаннан кейін, батареяның оң полюсі оң зарядталады. Осылайша, ол электрондарды өткізгіш пластинадан тартады, ал батареяның теріс полюсі теріс зарядталады, сондықтан ол электрондарды өткізгіш пластинаға шығарады. Батарея мен өткізгіш пластина арасындағы электрлік ығысу өткізгіш пластинаның оң зарядталған электрондарды жоғалтуына әкеледі, ал өткізгіш пластина теріс зарядталған электрондарды қабылдайды. Екі өткізгіш пластина арасындағы электрлік потенциалдар айырмашылығы батареяның екі полюсі арасындағы электрлік потенциалдар айырмашылығына тең болғаннан кейін электрондардың қозғалысы тоқтайды.
Электр заряды мен электрлік потенциал энергиясын сақтауға арналған конденсатор функциясы . Конденсатордың электр заряды мен электрлік потенциал энергиясын сақтау қабілетінің өлшемі сыйымдылық деп аталады. Электр энергиясы неғұрлым көп сақталса, сақталған электрлік потенциал энергиясы да соғұрлым көп болады, конденсатордың сыйымдылығы соғұрлым үлкен болады. Параллель пластиналы конденсатордың сыйымдылығына қандай факторлар әсер етеді?
Өткізгіш пластинаның беткі ауданы
Параллель пластиналы конденсатор өткізгіш пластинада электр зарядын сақтайды. Егер пластина бетінің ауданы аз болса, онда аздаған электр заряды сақталады, әйтпесе пластина бетінің ауданы үлкен болса, онда электр зарядының көп бөлігі сақталады. Өткізгіш пластинада сақталған электр зарядтары неғұрлым көп болса, конденсатордың электрлік потенциалдық энергиясы соғұрлым көп болады. Демек, конденсатордың электрлік потенциалдық энергиясы неғұрлым көп болса, конденсатордың сыйымдылығы соғұрлым көп болады. Осы шолуға сүйене отырып, конденсатордың сыйымдылығы (C) өткізгіш пластинаның (A) бетінің ауданына пропорционалды деген қорытынды жасауға болады.
Екі өткізгіш пластиналар арасындағы қашықтық
Екі өткізгіш пластиналар арасындағы потенциалдар айырмашылығы екі батарея полюсі арасындағы потенциалдар айырмашылығына тең болғаннан кейін электрондардың берілуі тоқтайды. Екі өткізгіш пластиналарындағы электр зарядын қалай арттырасыз? Бір жолы - екі өткізгіш арасындағы қашықтықты азайту (d-ны азайту). Екі өткізгіш жақындаған кезде, электр зарядының мөлшері электр заряды тудыратын электр өрісі бекітілгендей болып қалады. V = E d теңдеуіне сүйене отырып, электр өрісі (E) тұрақты болған кезде, екі өткізгіш пластиналар арасындағы қашықтық азайған кезде электрлік потенциалдар айырмашылығы (V) азаяды (d).
Екі өткізгіш пластина арасындағы потенциалдар айырмашылығы екі батарея полюсі арасындағы потенциалдар айырмашылығынан аз болатындай етіп азаяды. Бұл әрбір өткізгіш пластинаның электр заряды артқанша электрондардың қайтадан ығысуына әкеледі. Екі пластина арасындағы потенциалдар айырмашылығы екі батарея полюсі арасындағы потенциалдар айырмашылығына тең болғаннан кейін электрондардың ауысуы тоқтайды.
Екі өткізгіш пластина арасындағы қашықтық азайған кезде, әр пластинадағы электр заряды артады, сондықтан конденсатордың электрлік потенциалдық энергиясы да артады. Егер конденсатордың электрлік потенциалдық энергиясы артса, конденсатордың сыйымдылығы да артады. Егер қашықтық азайса, заряд артады, сондықтан сыйымдылық артады, ал қашықтық артқан кезде заряд азаяды, сондықтан сыйымдылық азаяды. Конденсатордың сыйымдылығы (C) екі өткізгіш пластиналар арасындағы қашықтыққа (d) кері пропорционалды деген қорытынды жасауға болады.
Параллель пластиналы конденсатордың сыйымдылығының теңдеуі
Бұрын параллель пластиналы конденсаторлардың сыйымдылығына әсер ететін нәрселер түсіндірілген болатын. Сыйымдылық мәнін теңдеуді пайдаланып есептеулер арқылы анық білуге болады. Гаусс заңын пайдаланып электр өрісін анықтау тақырыбында электрлік зарядталған өткізгіш пластинасының жанындағы электр өрісін есептеу формуласы E = σ / ε болады.o, мұндағы σ = Q / A, сондықтан электр өрісінің теңдеуі E = Q/A болып өзгереді: εo = Q/A x 1/εo = Q / A εoЭлектрлік потенциал теңдеуі V = E d, мұндағы E = Q / A εo сондықтан теңдеу V = Q d / A ε болып өзгередіoСыйымдылық теңдеуі C = Q/V, мұндағы V = Q d / A εo сондықтан сыйымдылық теңдеуі C = Q: Q d / A ε болып өзгередіo = Q x A εo / Q d = A εo / д.
Сыйымдылық C = A ε o / d теңдеуіне сүйене отырып, сыйымдылықтың (C) бетінің ауданына (A) пропорционалды және екі өткізгіш пластиналарының арасындағы қашықтыққа (d) кері пропорционалды деген қорытынды жасауға болады.
E = электр өрісі, σ = заряд тығыздығы, ε o = вакуумдық диэлектрлік өткізгіштік = 8.85 x 10 -12 F/м, Q = электр заряды, A = өткізгіш пластинасының беткі ауданы, V = электрлік потенциалдар айырымы.
