Paralēlplākšņu kondensatora definīcija
Paralēlo plākšņu kondensators ir kondensators, kas sastāv no divām paralēlām vadītāja plāksnēm, katrai plāksnei ir vienāds šķērsgriezuma laukums (A), un divām plāksnēm, kas atrodas noteiktā attālumā (d), kā parādīts attēlā kreisajā pusē. Viena no vadītāja plāksnēm ir pozitīvi lādēta (+Q), bet otra vadītāja plāksne ir negatīvi lādēta (-Q), kur elektriskais lādiņš uz katras plāksnes ir vienāds. Lai lādiņš nepārvietotos uz gaisa molekulu, kondensators ir izolēts no apkārtējās vides, un starp abām plāksnēm ir vakuums.
Elektrisko lādiņu veidu atšķirība abās vadītāja plāksnēs rada elektrisko lauku un elektriskā potenciāla starpību starp abām plāksnēm. Pozitīvi lādētajai plāksnei ir augstāks elektriskais potenciāls, savukārt negatīvi lādētajai plāksnei ir zemāks elektriskais potenciāls. Kā paskaidrots elektriskā potenciāla tēmā, ja starp kondensatora divām plāksnēm pastāv elektriskā potenciāla starpība, kondensatorā ir elektriskā potenciāla enerģija. Kondensatoros uzkrātajai elektriskā potenciāla enerģijai ir daudz pielietojumu.
Faktori, kas ietekmē paralēlo plākšņu kondensatora kapacitāti
Kondensators sākumā nav elektriski uzlādēts vai elektriski neitrāls. Lai uzlādētu kondensatoru, to savieno ar sprieguma avotu, piemēram, akumulatoru, izmantojot kabeli. Viena no vadītāja plāksnēm ir savienota ar akumulatora pozitīvo polu, bet otra vadītāja plāksne ir savienota ar akumulatora negatīvo polu.
Atcerieties, ka vienādi lādiņi atgrūž viens otru, savukārt atšķirīgi lādiņi pievelk viens otru. Elektroni ir negatīvi lādēti un viegli pārvietojami, jo tie atrodas uz atoma virsmas, savukārt protoni ir pozitīvi lādēti un nevar kustēties, jo atrodas atoma kodolā. Ja vadītāja plāksnē ir vairāk protonu nekā elektronu, plāksne ir pozitīvi lādēta, savukārt, ja elektronu skaits ir lielāks par protonu skaitu, plāksne ir negatīvi lādēta.
Pēc kondensatora pievienošanas akumulatoram akumulatora pozitīvais pols ir pozitīvi uzlādēts. Tas piesaista elektronus no vadītāja plāksnes, savukārt akumulatora negatīvais pols ir negatīvi uzlādēts, atgrūžot elektronus uz vadītāja plāksni. Elektriskā nobīde starp akumulatoru un vadītāja plāksni izraisa vadītāja plāksnes pozitīvi lādētu elektronu zaudēšanu un vadītāja plāksne saņem negatīvi lādētus elektronus. Elektronu kustība apstājas, kad elektriskā potenciāla starpība starp abām vadītāja plāksnēm ir vienāda ar elektriskā potenciāla starpību starp diviem akumulatora poliem.
Kondensatora funkcija uzglabāt elektrisko lādiņu un elektrisko potenciālo enerģiju . Kondensatora spēju uzglabāt elektrisko lādiņu un elektrisko potenciālo enerģiju sauc par kapacitāti. Jo vairāk elektrības tiek uzkrāta, jo lielāka ir uzkrātā elektriskā potenciālā enerģija, jo lielāka ir kondensatora kapacitāte. Kādi faktori ietekmē paralēlo plākšņu kondensatora kapacitāti?
Vadītāja plāksnes virsmas laukums
Paralēlplākšņu kondensators uzkrāj elektrisko lādiņu uz vadītāja plāksnes. Ja plāksnes virsmas laukums ir mazs, tad tiek uzkrāts neliels elektriskā lādiņa daudzums, pretējā gadījumā, ja plāksnes virsmas laukums ir liels, tad tiek uzkrāts liels elektriskā lādiņa daudzums. Jo vairāk elektrisko lādiņu ir uzkrāts uz vadītāja plāksnes, jo lielāka ir kondensatora elektriskā potenciālā enerģija. Tātad, jo lielāka ir kondensatora elektriskā potenciālā enerģija, jo lielāka ir tā kapacitāte. Pamatojoties uz šo pārskatu, var secināt, ka kondensatora kapacitāte (C) ir proporcionāla vadītāja plāksnes virsmas laukumam (A).
Attālums starp divām vadītāja plāksnēm
Elektronu pārnešana apstājas, kad potenciālu starpība starp abām vadītāja plāksnēm ir vienāda ar potenciālu starpību starp diviem akumulatora poliem. Kā palielināt elektrisko lādiņu abās vadītāja plāksnēs? Viens no veidiem ir samazināt attālumu starp abiem vadītājiem (samazinot d). Kad abi vadītāji tiek tuvināti viens otram, elektriskā lādiņa daudzums saglabājas, un elektriskā lādiņa radītais elektriskais lauks ir fiksēts. Pamatojoties uz vienādojumu V = E d, ja elektriskais lauks (E) ir konstants, elektriskā potenciāla starpība (V) samazinās, ja attālums starp abām vadītāja plāksnēm samazinās (d).
Potenciālu starpība starp abām vadītāja plāksnēm tiek samazināta tā, lai tā būtu mazāka par potenciālu starpību starp abiem akumulatora poliem. Tas atkal izraisa elektronu pārvietošanos, līdz palielinās katras vadītāja plāksnes elektriskais lādiņš. Elektronu pārnešana apstājas, kad potenciālu starpība starp abām plāksnēm ir vienāda ar potenciālu starpību starp abiem akumulatora poliem.
Kad attālums starp abām vadītāja plāksnēm tiek samazināts, katras plāksnes elektriskais lādiņš palielinās, līdz ar to palielinās arī kondensatora elektriskā potenciāla enerģija. Ja kondensatora elektriskā potenciāla enerģija palielinās, palielinās arī kondensatora kapacitāte. Ja attālums samazinās, lādiņš palielinās, līdz ar to palielinās kapacitāte, bet, palielinot attālumu, lādiņš samazinās, līdz ar to samazinās kapacitāte. Var secināt, ka kondensatora kapacitāte (C) ir apgriezti proporcionāla attālumam starp abām vadītāja plāksnēm (d).
Paralēlo plākšņu kondensatora kapacitātes vienādojums
Iepriekš tika izskaidroti faktori, kas ietekmē paralēlo plākšņu kondensatoru kapacitāti. Kapacitātes vērtību var skaidri noteikt, veicot aprēķinus, izmantojot vienādojumu. Tēmā par elektriskā lauka noteikšanu, izmantojot Gausa likumu, formula elektriskā lauka aprēķināšanai pie elektriski lādētas vadītāja plāksnes ir 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 / A εo lai vienādojums mainītos uz V = Q d / A εoKapacitātes vienādojums ir C = Q/V, kur V = Qd / Aεo lai kapacitātes vienādojums mainītos uz C = Q: Q d / A εo = Q x Aεo / Q d = A εo / d.
Balstoties uz kapacitātes C = A ε o / d vienādojumu, var secināt, ka kapacitāte (C) ir proporcionāla virsmas laukumam (A) un apgriezti proporcionāla attālumam (d) starp abām vadītāja plāksnēm.
E = elektriskais lauks, σ = lādiņa blīvums, εo = vakuuma caurlaidība = 8.85 x 10⁻¹² F /m, Q = elektriskais lādiņš, A = vadītāja plāksnes virsmas laukums, V = elektriskā potenciāla starpība.
