Paralēlo plākšņu kondensatora definīcija
Paralēlo plākšņu kondensators ir kondensators, kas sastāv no divām paralēlām plāksnēm vai vadītāja plāksnēm, katrai plāksnei ir vienāds šķērsgriezuma laukums (A), un abas plāksnes atrodas noteiktā attālumā (d), kā parādīts attēlā kreisajā pusē. Šajā rakstā pieņemsim, ka abas vadītāja plāksnes ir atdalītas ar vakuumu. Attēlā viena no vadītāja plāksnēm ir pozitīvi lādēta (+Q), bet otra vadītāja plāksne ir negatīvi lādēta (-Q), kur elektriskā lādiņa daudzums uz katras plāksnes ir vienāds.
Elektriskā lādiņa veida atšķirība uz abām vadītāja plāksnēm izraisa elektriskais lauks un elektriskā potenciāla starpību starp abām plāksnēm. Pozitīvi lādētajai plāksnei ir augstāks elektriskais potenciāls, savukārt negatīvi lādētajai plāksnei ir zemāks elektriskais potenciāls. Kā paskaidrots rakstā par elektriskais potenciālsJa starp kondensatora divām plāksnēm pastāv elektriskā potenciāla starpība, tad kondensatorā ir elektriskā potenciālā enerģija. Kondensatorā uzkrātajai elektriskajai potenciāla enerģijai ir daudz pielietojumu.
Faktori, kas ietekmē paralēlo plākšņu kondensatora kapacitāti
Kondensatori sākotnēji nav uzlādēti jeb ir elektriski neitrāli. Lai tos uzlādētu, tie tiek uzlādēti, pievienojot tos sprieguma avotam, piemēram, akumulatoram, izmantojot kabeļus. Viena vadītāja plāksne ir savienota ar akumulatora pozitīvo polu, bet otra vadītāja plāksne ir savienota ar negatīvo polu.
Atcerieties, ka vienādi lādiņi atgrūžas, bet atšķirīgi lādiņi pievelk. Elektroni ir negatīvi lādēti un viegli pārvietojas, jo tie atrodas uz atoma virsmas, savukārt protoni ir pozitīvi lādēti un nevar pārvietoties, jo tie atrodas kodolā. Ja protonu skaits uz vadošās plāksnes pārsniedz elektronu skaitu, plāksne ir pozitīvi lādēta. Un otrādi, ja elektronu skaits pārsniedz protonu skaitu, plāksne ir negatīvi lādēta.
Pēc kondensatora pievienošanas akumulatoram akumulatora pozitīvais pols ir pozitīvi uzlādēts, piesaistot elektronus no vadītāja plāksnes, savukārt akumulatora negatīvais pols ir negatīvi uzlādēts, atgrūžot elektronus no vadītāja plāksnes. Elektronu pārnešana starp akumulatoru un vadītāja plāksni izraisa vadītāja plāksnes, kas zaudē elektronus, pozitīvu uzlādi, un vadītāja plāksnes, kas saņem elektronus, negatīvu uzlādi. Elektronu pārnešana apstājas, kad elektriskā potenciāla starpība starp abām vadītāja plāksnēm ir vienāda ar elektriskā potenciāla starpību starp abiem akumulatora spailēm.
Kondensatora funkcija ir uzglabāt melektriskais lādiņš boja elektriskā potenciālā enerģijaKondensatora spēju uzglabāt elektrisko lādiņu un potenciālo enerģiju sauc par kapacitāti. Jo lielāks ir uzkrātais elektriskais lādiņš un jo lielāka ir potenciālā enerģija, jo lielāka ir kapacitāte. Kādi faktori ietekmē paralēlo plākšņu kondensatora kapacitāti?
– Vadītāja plāksnes virsmas laukums
Paralēlo plākšņu kondensatori uzglabā elektrisko lādiņu uz savām vadošajām plāksnēm. Maza plākšņu virsmas platība nozīmē, ka tiek uzkrāts maz lādiņa; liela plākšņu virsmas platība nozīmē, ka tiek uzkrāts liels lādiņš. Jo vairāk lādiņa ir uzkrāts uz vadošajām plāksnēm, jo lielāka ir kondensatora elektriskā potenciālā enerģija. Tāpēc, jo lielāka ir kondensatora elektriskā potenciālā enerģija, jo lielāka ir tā kapacitāte. Pamatojoties uz šo pārskatu, var secināt, ka kondensatora kapacitāte (C) ir proporcionāla vadošo plākšņu virsmas laukumam (A).
– Attālums starp divām vadītāja plāksnēm
Elektronu kustība apstājas, kad potenciālu starpība starp abām vadītāja plāksnēm ir vienāda ar potenciālu starpību starp akumulatora diviem poliem. Kā var palielināties elektriskais lādiņš uz abām vadītāja plāksnēm? Viens no veidiem ir samazināt attālumu starp abiem vadītājiem (samazināt d). Kad abi vadītāji tiek novietoti tuvu viens otram, elektriskā lādiņa lielums paliek nemainīgs, tāpēc elektriskā lādiņa radītajam elektriskajam laukam ir nemainīga vērtība. Pamatojoties uz vienādojumu V = E d, ja elektriskais lauks (E) ir nemainīgs, elektriskā potenciāla starpība (V) samazinās, ja attālums starp abām vadītāja plāksnēm tiek samazināts (d).
Potenciālu starpība starp abām vadošajām plāksnēm samazinās, līdz tā kļūst mazāka par potenciālu starpību starp akumulatora diviem spailēm. Tas liek elektroniem atkal kustēties, līdz palielinās elektriskais lādiņš uz katras vadošās plāksnes. Elektronu kustība apstājas, kad potenciālu starpība starp abām plāksnēm ir vienāda ar potenciālu starpību starp akumulatora diviem spailēm.
Kad attālums starp abām vadītāja plāksnēm tiek samazināts, katras plāksnes elektriskais lādiņš palielinās, tāpēc palielinās arī kondensatora elektriskā potenciālā enerģija. Ja kondensatora elektriskā potenciālā enerģija palielinās, palielinās arī kondensatora kapacitāte. Ja attālums samazinās, lādiņš palielinās, tāpēc kapacitāte palielinās, ja attālums palielinās, lādiņš samazinās, tāpēc kapacitāte samazinās. Var secināt, ka kondensatora kapacitāte (C) ir apgriezti proporcionāla attālumam starp abām vadītāja plāksnēm (d).
Paralēlo plākšņu kondensatora kapacitātes vienādojums
Iepriekš mēs paskaidrojām faktorus, kas ietekmē paralēlo plākšņu kondensatora kapacitāti. Kapacitātes vērtību var skaidri noteikt, veicot aprēķinus, izmantojot vienādojumus. Rakstā par elektriskā lauka noteikšanu, izmantojot Gausa likumu, mēs apspriedām formulu elektriskā lauka aprēķināšanai pie uzlādētas vadošas plāksnes: E = σ/εo, kur σ = Q/A, lai elektriskā lauka vienādojums mainītos uz E = Q/A : εo = Q/A × 1/εo = Q/AεoElektriskā potenciāla vienādojums ir V = E d, kur E = Q/Aεo tātad vienādojums mainās uz V = Qd/AεoKapacitātes vienādojums ir C = Q/V, kur V = Qd/Aεo tā, lai kapacitātes vienādojums mainītos uz C = Q : Qd/Aεo = Q x Aεo /Qd = Aεo/d.
Pamatojoties uz kapacitātes vienādojumu C = A εo /d var secināt, ka kapacitāte (C) ir proporcionāla virsmas laukumam (A) un apgriezti proporcionāla attālumam (d) starp abām vadītāja plāksnēm.
Formulas apraksts: E = elektriskais lauks, σ = lādiņa blīvums, εo = tukšas telpas caurlaidība = 8,85 x 10-12 F/m, Q = elektriskais lādiņš, A = vadītāja plāksnes virsmas laukums, V = elektriskā potenciāla starpība.
