ສະໜາມໄຟຟ້າໃນແຜ່ນຂະໜານ

ສະໜາມໄຟຟ້າໃນແຜ່ນຂະໜານ

ສະໜາມໄຟຟ້າແມ່ນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານໃນຟີຊິກທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການພົວພັນລະຫວ່າງວັດຖຸທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າ. ໃນການນຳໃຊ້ຕົວຈິງຫຼາຍຢ່າງ, ໂດຍສະເພາະໃນວິສະວະກຳ ແລະ ເອເລັກໂຕຣນິກ, ພວກເຮົາມັກຈະພົບກັບສະຖານະການທີ່ສະໜາມໄຟຟ້າຖືກສ້າງຂຶ້ນໂດຍແຜ່ນຂະໜານທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າ. ແຜ່ນຂະໜານເຫຼົ່ານີ້ມີການນຳໃຊ້ທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ຕັ້ງແຕ່ຕົວເກັບປະຈຸ ແລະ ອຸປະກອນການແພດ ຈົນເຖິງເຄື່ອງມືເອເລັກໂຕຣນິກຕ່າງໆ. ບົດຄວາມນີ້ຈະປຶກສາຫາລືກ່ຽວກັບສະໜາມໄຟຟ້າໃນແຜ່ນຂະໜານຢ່າງເລິກເຊິ່ງ, ຕັ້ງແຕ່ແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານຈົນເຖິງການນຳໃຊ້ຕົວຈິງຂອງມັນ.

ແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານຂອງສະໜາມໄຟຟ້າ

ໂດຍທົ່ວໄປ, ສະໜາມໄຟຟ້າແມ່ນຜະລິດໂດຍປະຈຸໄຟຟ້າ ແລະ ສາມາດອະທິບາຍໄດ້ວ່າເປັນແຮງທີ່ໄດ້ຮັບຈາກປະຈຸບວກຂະໜາດນ້ອຍເມື່ອວາງໄວ້ທີ່ຈຸດສະເພາະໃນອະວະກາດ. ປະລິມານນີ້ຖືກອະທິບາຍໂດຍເວັກເຕີສະໜາມໄຟຟ້າ E, ເຊິ່ງມີຫົວໜ່ວຍເປັນນິວຕັນຕໍ່ຄູລອມ (N/C) ຫຼື ໂວນຕໍ່ແມັດ (V/m).

ເພື່ອເຂົ້າໃຈສະໜາມໄຟຟ້າໃນແຜ່ນຂະໜານ, ພວກເຮົາຈະເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍກົດໝາຍຂອງ Coulomb, ເຊິ່ງລະບຸວ່າແຮງລະຫວ່າງສອງຈຸດປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນສັດສ່ວນໂດຍກົງກັບຂະໜາດຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ ແລະ ສັດສ່ວນກົງກັນຂ້າມກັບກຳລັງສອງຂອງໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງພວກມັນ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນກໍລະນີຂອງແຜ່ນຂະໜານ, ພວກເຮົາກຳລັງຈັດການກັບການແຈກຢາຍປະຈຸໄຟຟ້າໜ້າດິນ, ບໍ່ແມ່ນຈຸດປະຈຸໄຟຟ້າ.

ແຜ່ນຂະໜານທີ່ໂຫຼດແລ້ວ

ພິຈາລະນາແຜ່ນນຳໄຟຟ້າສອງແຜ່ນທີ່ວາງຢູ່ກົງກັນຂ້າມກັນໂດຍມີໄລຍະຫ່າງ d ເລັກນ້ອຍລະຫວ່າງພວກມັນ. ແຜ່ນໜຶ່ງມີປະຈຸບວກ +Q, ໃນຂະນະທີ່ອີກແຜ່ນໜຶ່ງມີປະຈຸລົບ -Q. ສະຖານະການນີ້ມັກຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອສ້າງຕົວເກັບປະຈຸ, ເຊິ່ງເປັນອົງປະກອບຫຼັກໃນວົງຈອນເອເລັກໂຕຣນິກຕ່າງໆ.

ເມື່ອແຜ່ນສອງແຜ່ນຖືກສາກໄຟ, ສະໜາມໄຟຟ້າຈະຖືກສ້າງຂຶ້ນລະຫວ່າງພວກມັນ. ເນື່ອງຈາກການແຈກຢາຍຂອງປະຈຸໄຟຟ້າຢູ່ເທິງໜ້າດິນຂອງແຜ່ນ (ສົມມຸດວ່າແຜ່ນມີຂະໜາດໃຫຍ່ຫຼາຍເມື່ອທຽບກັບໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງພວກມັນ), ສະໜາມໄຟຟ້າລະຫວ່າງແຜ່ນເຫຼົ່ານັ້ນແມ່ນຂ້ອນຂ້າງເປັນເອກະພາບ ແລະ ສາມາດຖືວ່າຄົງທີ່ໃນໄລຍະທີ່ແນ່ນອນຈາກຂອບຂອງແຜ່ນ.

ສະໜາມໄຟຟ້າລະຫວ່າງແຜ່ນຂະໜານ

ສະໜາມໄຟຟ້າລະຫວ່າງສອງແຜ່ນທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າຂະໜານກັນສາມາດກຳນົດໄດ້ໂດຍໃຊ້ກົດໝາຍຂອງ Gauss. ກົດໝາຍຂອງ Gauss ສຳລັບໄຟຟ້າລະບຸວ່າກະແສໄຟຟ້າທັງໝົດຜ່ານໜ້າດິນທີ່ປິດແມ່ນສັດສ່ວນໂດຍກົງກັບປະຈຸໄຟຟ້າທັງໝົດທີ່ປິດລ້ອມໂດຍໜ້າດິນນັ້ນ.

ສຳລັບແຜ່ນຂະໜານ, ພວກເຮົາເລືອກໜ້າດິນ Gaussian ຮູບຊົງກະບອກທີ່ມີແກນຕັ້ງສາກກັບແຜ່ນ ແລະ ແຜ່ນຢູ່ປາຍທັງສອງຂ້າງຂອງຮູບຊົງກະບອກ. ເນື່ອງຈາກຄວາມສົມມາດຂອງບັນຫາ, ສະໜາມໄຟຟ້າ E ແມ່ນຕັ້ງສາກກັບໜ້າດິນຂອງແຜ່ນ ແລະ ຄົງທີ່ລະຫວ່າງແຜ່ນ.

ກະແສໄຟຟ້າຜ່ານໜ້າຜິວຂອງກະບອກ Gaussian ແມ່ນປະກອບສ່ວນໂດຍສອງສົ້ນຂອງກະບອກທີ່ຕັ້ງຢູ່ລະຫວ່າງແຜ່ນເທົ່ານັ້ນ. ສົມມຸດວ່າພື້ນທີ່ໜ້າຜິວຂອງແຜ່ນແມ່ນ A, ພວກເຮົາໄດ້ຮັບ:

\[ \Phi = E \cdot A – (-E \cdot A) = 2EA \]

ອີງຕາມກົດໝາຍຂອງ Gauss:

\[ \Phi = \frac{Q_{\text{in}}}{\varepsilon_0} \]

ບ່ອນທີ່ \( Q_{\text{charge}} \) ແມ່ນປະຈຸໄຟຟ້າທັງໝົດໃນແຜ່ນ ແລະ \(\varepsilon_0\) ແມ່ນຄວາມດັນສູນຍາກາດ. ເນື່ອງຈາກວ່າປະຈຸໄຟຟ້າໃນແຜ່ນໜຶ່ງແມ່ນ \(+Q\),

\[ 2EA = \frac{Q}{\varepsilon_0} \]

ດັ່ງນັ້ນສະໜາມໄຟຟ້າ E ລະຫວ່າງແຜ່ນຕ່າງໆແມ່ນ:

\[ E = \frac{Q}{2A \cdot \varepsilon_0} \]

ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ເນື່ອງຈາກມີແຜ່ນທີ່ມີປະຈຸລົບປະກອບສ່ວນເຂົ້າໃນສະໜາມ, ສະໜາມໄຟຟ້າທັງໝົດທີ່ໄດ້ຮັບຈະກາຍເປັນ:

\[ E = \frac{Q}{A \cdot \varepsilon_0} \]

ນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າສະໜາມໄຟຟ້າລະຫວ່າງແຜ່ນຂະໜານແມ່ນສະໝໍ່າສະເໝີ ແລະ ຂຶ້ນກັບຂະໜາດຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ, ພື້ນທີ່ຂອງແຜ່ນ, ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການອະນຸພາກຂອງຕົວກາງລະຫວ່າງແຜ່ນເທົ່ານັ້ນ.

ການນຳໃຊ້ສະໜາມໄຟຟ້າໃນແຜ່ນຂະໜານ

Kapasitor

ຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນໜຶ່ງໃນການນຳໃຊ້ທົ່ວໄປທີ່ສຸດຂອງແຜ່ນຂະໜານທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າ. ຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າປະກອບດ້ວຍແຜ່ນນຳໄຟຟ້າສອງແຜ່ນທີ່ຂະໜານກັນໂດຍໄດອີເລັກຕຣິກ. ຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າສາມາດເກັບຮັກສາພະລັງງານໄຟຟ້າໄວ້ໃນສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ສ້າງຂຶ້ນລະຫວ່າງແຜ່ນ. ຄວາມຈຸ, C, ຂອງຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າຖືກນິຍາມວ່າເປັນອັດຕາສ່ວນຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ Q ທີ່ເກັບໄວ້ໂດຍແຜ່ນຕໍ່ແຮງດັນ V ໃນທົ່ວແຜ່ນ:

\[ C = \frac{Q}{V} \]

ດ້ວຍສະໜາມໄຟຟ້າລະຫວ່າງແຜ່ນ:

\[ E = \frac{V}{d} \]

ແລະ ການທົດແທນເຂົ້າໄປໃນຄວາມຈຸ:

\[ C = \varepsilon_0 \cdot \frac{A}{d} \]

ເຊັນເຊີຄວາມດັນ ແລະ ກ້ອງຈຸລະທັດອີເລັກຕຣອນ

ສະໜາມໄຟຟ້າຂ້າມແຜ່ນຂະໜານຍັງຖືກນຳໃຊ້ໃນເຊັນເຊີຄວາມດັນແບບ capacitive, ບ່ອນທີ່ການປ່ຽນແປງຂອງໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງແຜ່ນຍ້ອນຄວາມດັນສາມາດວັດແທກໄດ້ຜ່ານການປ່ຽນແປງຂອງ capacitance. ໃນກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກຕຣອນ, ສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ເປັນເອກະພາບລະຫວ່າງແຜ່ນຂະໜານຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອເລັ່ງ ແລະ ຄວບຄຸມການໄຫຼຂອງເອເລັກຕຣອນ.

ຈໍສະແດງຜົນເອເລັກໂຕຣນິກ

ໜ້າຈໍສະແດງຜົນຜລຶກແຫຼວ (LCD) ໃຊ້ສະໜາມໄຟຟ້າລະຫວ່າງແຜ່ນຂະໜານເພື່ອຄວບຄຸມທິດທາງຂອງໂມເລກຸນຜລຶກແຫຼວ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຄວບຄຸມການຫັນປ່ຽນຂອງແສງ ແລະ ຜະລິດຮູບພາບທີ່ສະແດງຜົນ.

ສະຫຼຸບ

ສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ເປັນເອກະພາບລະຫວ່າງສອງແຜ່ນຂະໜານສະເໜີໃຫ້ຫຼາຍຂໍ້ໄດ້ປຽບໃນການນຳໃຊ້ເຕັກໂນໂລຢີທີ່ຫຼາກຫຼາຍ. ທັງໃນສະພາບແວດລ້ອມທາງວິຊາການ ແລະ ການປະຕິບັດຕົວຈິງ, ການເຂົ້າໃຈສະໜາມໄຟຟ້າໃນແຜ່ນຂະໜານສະໜັບສະໜູນຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າ, ເຊັນເຊີ ແລະ ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກອື່ນໆ. ການໄຫຼຂອງປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ຄວບຄຸມໄດ້ຜ່ານການອອກແບບທາງກາຍະພາບ ແລະ ຫຼັກການທາງກາຍະພາບເຮັດໃຫ້ລະບົບເຫຼົ່ານີ້ເປັນອົງປະກອບສຳຄັນໃນນະວັດຕະກຳເຕັກໂນໂລຢີຕັ້ງແຕ່ຍຸກຄລາສສິກຈົນເຖິງຍຸກສະໄໝໃໝ່.

ໂດຍການເຈາະເລິກເຂົ້າໄປໃນຄຸນສົມບັດ ແລະ ການຄິດໄລ່ຂອງສະໜາມໄຟຟ້າໃນແຜ່ນຂະໜານ, ພວກເຮົາບໍ່ພຽງແຕ່ເສີມສ້າງພື້ນຖານທາງທິດສະດີຂອງໄຟຟ້າ ແລະ ແມ່ເຫຼັກເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງເປີດປະຕູສູ່ການນຳໃຊ້ທີ່ມີນະວັດຕະກຳທີ່ທັນສະໄໝທີ່ທັນກັບການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຢີທົ່ວໂລກ.