Lygiagrečių plokščių kondensatorių apibrėžimas
Lygiagrečiųjų plokščių kondensatorius yra kondensatorius, sudarytas iš dviejų lygiagrečių laidininkų plokščių, kurių kiekvienos skerspjūvio plotas (A) yra vienodas, ir dviejų plokščių, atskirtų tam tikru atstumu (d), kaip parodyta kairėje esančiame paveikslėlyje. Viena iš laidininkų plokščių yra teigiamai įkrauta (+Q), o kita – neigiamai įkrauta (-Q), kur krūvis elektros krūvis kiekvienoje plokštelėje yra lygus. Kad krūvis nepersikeltų į oro molekulę, kondensatorius yra izoliuotas nuo aplinkos, o tarp dviejų plokštelių yra vakuumas.
Dėl skirtingų elektros krūvių tipų abiejose laidininko plokštėse susidaro elektrinis laukas ir elektrinio potencialo skirtumas tarp dviejų plokščių. Teigiamai įkrauta plokštė turi didesnį elektrinį potencialą, o neigiamai įkrauta plokštė – mažesnį. Kaip paaiškinta elektrinio potencialo temoje, jei tarp dviejų kondensatoriaus plokščių yra elektrinio potencialo skirtumas, kondensatoriuje yra elektrinio potencialo energijos. Kondensatoriuose sukaupta elektrinio potencialo energija turi daug panaudojimo būdų.
Lygiagrečių plokščių kondensatorių talpą įtakojantys veiksniai
Iš pradžių kondensatorius nėra nei įkrautas, nei elektriškai neutralus. Norint jį įkrauti, jis įkraunamas prijungiant jį prie įtampos šaltinio, pavyzdžiui, akumuliatoriaus, naudojant kabelį. Viena iš laidininkų plokščių prijungiama prie teigiamo akumuliatoriaus poliaus, o kita - prie neigiamo akumuliatoriaus poliaus.
Atminkite, kad panašūs krūviai vienas kitą stumia, o skirtingi krūviai traukia. Elektronai yra neigiamai įkrauti ir lengvai juda, nes yra atomo paviršiuje, o protonai yra teigiamai įkrauti ir negali judėti, nes yra atomo branduolyje. Jei laidininko plokštėje yra daugiau protonų nei elektronų, plokštė yra teigiamai įkrauta, priešingai, jei elektronų skaičius yra didesnis nei protonų, plokštė yra neigiamai įkrauta.
Prijungus kondensatorių prie akumuliatoriaus, teigiamas akumuliatoriaus polius įkraunamas teigiamai. Todėl jis traukia elektronus nuo laidininko plokštės, o neigiamas akumuliatoriaus polius įkraunamas neigiamai, todėl elektronai atmetami į laidininko plokštę. Dėl elektrinio poslinkio tarp akumuliatoriaus ir laidininko plokštės laidininko plokštė praranda teigiamai įkrautus elektronus, o laidininko plokštė priima neigiamai įkrautus elektronus. Elektronų judėjimas sustoja, kai elektrinis potencialų skirtumas tarp dviejų laidininko plokščių tampa lygus elektriniam potencialų skirtumui tarp dviejų akumuliatoriaus polių.
Kondensatoriaus funkcija kaupti elektros krūvį ir elektros potencialo energiją . Kondensatoriaus gebėjimo kaupti elektros krūvį ir elektros potencialo energiją dydis vadinamas talpa. Kuo daugiau elektros energijos kaupiama, tuo didesnė kaupiama elektros potencialo energija, tuo didesnė kondensatoriaus talpa. Kokie veiksniai turi įtakos plokščiojo kondensatoriaus talpai?
Laidininko plokštės paviršiaus plotas
Lygiagrečiųjų plokščių kondensatorius kaupia elektros krūvį laidininko plokštėje. Jei plokštės paviršiaus plotas mažas, kaupiama nedidelė elektros krūvio dalis, o jei plokštės paviršiaus plotas didelis, kaupiama daug elektros krūvio. Kuo daugiau elektros krūvių sukaupta laidininko plokštėje, tuo didesnę elektrinę potencialinę energiją turi kondensatorius. Taigi, kuo didesnė kondensatoriaus elektrinė potencialinė energija, tuo didesnė jo talpa. Remiantis šia apžvalga, galima daryti išvadą, kad kondensatoriaus talpa (C) yra proporcinga laidininko plokštės paviršiaus plotui (A).
Atstumas tarp dviejų laidininkų plokščių
Elektronų perdavimas sustoja, kai potencialų skirtumas tarp dviejų laidininkų plokščių tampa lygus potencialų skirtumui tarp dviejų akumuliatoriaus polių. Kaip padidinti elektros krūvį abiejose laidininkų plokštėse? Vienas iš būdų – sumažinti atstumą tarp dviejų laidininkų (sumažinti d). Kai du laidininkai suartėja, elektros krūvio kiekis išlieka toks pat, kad elektros krūvio sukurtas elektrinis laukas išlieka fiksuotas. Remiantis lygtimi V = E d, kai elektrinis laukas (E) yra pastovus, elektrinio potencialų skirtumas (V) mažėja, jei atstumas tarp dviejų laidininkų plokščių sumažėja (d).
Potencialų skirtumas tarp dviejų laidininkų plokščių sumažinamas tiek, kad jis taptų mažesnis už potencialų skirtumą tarp dviejų akumuliatoriaus polių. Dėl to elektronai vėl pasislenka, kol padidėja kiekvienos laidininko plokštės elektrinis krūvis. Elektronų pernaša sustoja, kai potencialų skirtumas tarp dviejų plokščių tampa lygus potencialų skirtumui tarp dviejų akumuliatoriaus polių.
Kai atstumas tarp dviejų laidininkų plokščių sumažėja, kiekvienos plokštės elektros krūvis padidėja, todėl padidėja ir kondensatoriaus elektrinė potencialo energija. Jei kondensatoriaus elektrinė potencialo energija padidėja, padidėja ir kondensatoriaus talpa. Jei atstumas sumažėja, padidėja krūvis, todėl padidėja talpa, o kai atstumas padidėja, krūvis sumažėja, todėl sumažėja talpa. Galima daryti išvadą, kad kondensatoriaus talpa (C) yra atvirkščiai proporcinga atstumui tarp dviejų laidininkų plokščių (d).
Lygiagrečių plokščių kondensatorių talpos lygtis
Anksčiau buvo paaiškinti dalykai, kurie turi įtakos plokščiųjų kondensatorių talpai. Talpos vertę galima aiškiai žinoti atliekant skaičiavimus naudojant lygtį. Temoje apie elektrinio lauko nustatymą naudojant Gauso dėsnį, elektrinio lauko šalia įkrautos laidininko plokštės apskaičiavimo formulė yra E = σ / εo, kur σ = Q / A, kad elektrinio lauko lygtis pasikeistų į E = Q/A: εo = Q/A × 1/εo = Q / AεoElektrinio potencialo lygtis yra V = E d, kur E = Q / A εo kad lygtis pasikeistų į V = Q d / A εoTalpos lygtis yra C = Q/V, kur V = Qd / Aεo kad talpos lygtis pasikeistų į C = Q: Q d / A εo = Q x Aεo / Q d = Aεo / d.
Remiantis talpos C = A ε o / d lygtimi, galima daryti išvadą, kad talpa (C) yra proporcinga paviršiaus plotui (A) ir atvirkščiai proporcinga atstumui (d) tarp dviejų laidininkų plokščių.
E = elektrinis laukas, σ = krūvio tankis, ε12 = vakuumo laidumas = 8.85 x 10⁻¹² F /m, Q = elektros krūvis, A = laidininko plokštės paviršiaus plotas, V = elektrinio potencialo skirtumas.
