Takrif kapasitor plat selari
Kapasitor plat selari ialah kapasitor yang terdiri daripada dua plat selari atau plat konduktor, setiap plat mempunyai luas keratan rentas yang sama (A) dan kedua-dua plat dipisahkan oleh jarak tertentu (d), seperti dalam gambar di sebelah kiri. Dalam artikel ini, andaikan kedua-dua plat konduktor dipisahkan oleh vakum. Dalam gambar, salah satu plat konduktor bercas positif (+Q) manakala plat konduktor yang satu lagi bercas negatif (-Q), di mana jumlah cas elektrik pada setiap plat adalah sama.
Perbezaan cas elektrik antara dua plat pengalir menghasilkan medan elektrik dan perbezaan keupayaan antara keduanya. Plat bercas positif mempunyai keupayaan yang lebih tinggi, manakala plat bercas negatif mempunyai keupayaan yang lebih rendah. Seperti yang dijelaskan dalam artikel tentang keupayaan elektrik , jika terdapat perbezaan keupayaan antara dua plat kapasitor, terdapat tenaga keupayaan elektrik dalam kapasitor tersebut. Tenaga keupayaan elektrik yang disimpan dalam kapasitor mempunyai banyak kegunaan.
Faktor yang mempengaruhi kapasitans kapasitor plat selari
Kapasitor pada mulanya tidak dicas, atau neutral secara elektrik. Untuk mengecasnya, ia dicas dengan menyambungkannya kepada sumber voltan, seperti bateri, menggunakan kabel. Satu plat konduktor disambungkan ke terminal positif bateri, manakala plat konduktor yang satu lagi disambungkan ke terminal negatif.
Ingat bahawa cas yang sama menolak, manakala cas yang tidak sama menarik. Elektron bercas negatif dan mudah bergerak kerana ia terletak di permukaan atom, manakala proton bercas positif dan tidak boleh bergerak kerana ia terletak di dalam nukleus. Jika bilangan proton pada plat pengalir melebihi bilangan elektron, plat tersebut bercas positif. Sebaliknya, jika bilangan elektron melebihi bilangan proton, plat tersebut bercas negatif.
Selepas kapasitor disambungkan ke bateri, kutub positif bateri bercas positif, menarik elektron daripada plat konduktor, manakala kutub negatif bateri bercas negatif, menolak elektron ke plat konduktor. Pemindahan elektron antara bateri dan plat konduktor menyebabkan plat konduktor yang kehilangan elektron menjadi bercas positif dan plat konduktor yang menerima elektron menjadi bercas negatif. Pemindahan elektron berhenti apabila perbezaan keupayaan elektrik antara dua plat konduktor adalah sama dengan perbezaan keupayaan elektrik antara dua terminal bateri.
Kapasitor menyimpan cas elektrik dan tenaga keupayaan . Ukuran keupayaan kapasitor untuk menyimpan cas elektrik dan tenaga keupayaan dipanggil kapasitans. Lebih besar cas elektrik yang disimpan, lebih besar tenaga keupayaan, dan lebih besar kapasitans. Faktor apakah yang mempengaruhi kapasitans kapasitor plat selari?
– Luas permukaan plat konduktor
Kapasitor plat selari menyimpan cas elektrik pada plat pengalirnya. Luas permukaan plat yang kecil bermakna sedikit cas yang disimpan; luas permukaan plat yang besar bermakna cas yang besar disimpan. Lebih banyak cas yang disimpan pada plat pengalir, lebih besar tenaga keupayaan elektrik kapasitor. Oleh itu, lebih besar tenaga keupayaan elektrik kapasitor, lebih besar kapasitansnya. Berdasarkan ulasan ini, dapat disimpulkan bahawa kapasitans kapasitor (C) adalah berkadar dengan luas permukaan plat pengalir (A).
– Jarak antara dua plat konduktor
Pergerakan elektron berhenti selepas beza keupayaan antara dua plat konduktor adalah sama dengan beza keupayaan antara dua kutub bateri. Bagaimanakah cas elektrik pada dua plat konduktor boleh meningkat? Salah satu caranya adalah dengan mengurangkan jarak antara dua konduktor (mengurangkan d). Apabila kedua-dua konduktor didekatkan, jumlah cas elektrik kekal malar supaya medan elektrik yang dihasilkan oleh cas elektrik mempunyai nilai yang malar. Berdasarkan persamaan V = E d, apabila medan elektrik (E) malar, beza keupayaan elektrik (V) berkurangan jika jarak antara dua plat konduktor dikurangkan (d).
Perbezaan keupayaan antara dua plat pengalir berkurangan sehingga ia kurang daripada perbezaan keupayaan antara dua terminal bateri. Ini menyebabkan elektron bergerak semula sehingga cas elektrik pada setiap plat pengalir meningkat. Pergerakan elektron berhenti sebaik sahaja perbezaan keupayaan antara dua plat menyamai perbezaan keupayaan antara dua terminal bateri.
Apabila jarak antara dua plat konduktor dikurangkan, cas elektrik pada setiap plat meningkat supaya tenaga keupayaan elektrik dalam kapasitor juga meningkat. Jika tenaga keupayaan elektrik dalam kapasitor meningkat, kapasitans kapasitor juga meningkat. Jika jarak dikurangkan, cas meningkat supaya kapasitans meningkat, jika jarak ditambah, cas berkurangan supaya kapasitans berkurangan. Dapat disimpulkan bahawa kapasitans kapasitor (C) adalah berkadar songsang dengan jarak antara dua plat konduktor (d).
Persamaan kapasitans untuk kapasitor plat selari
Sebelum ini, telah dijelaskan perkara-perkara yang mempengaruhi nilai kapasitans kapasitor plat selari. Nilai kapasitans boleh diketahui dengan jelas melalui pengiraan menggunakan persamaan. Dalam artikel tentang menentukan medan elektrik menggunakan hukum Gauss, telah dibincangkan formula untuk mengira medan elektrik berhampiran plat konduktor bercas elektrik ialah E = σ/ε o , di mana σ = Q/A supaya persamaan medan elektrik berubah kepada E = Q/A: ε o = Q/A x 1/ε o = Q/Aε o . Persamaan keupayaan elektrik ialah V = E d, di mana E = Q/Aε o supaya persamaan berubah kepada V = Qd/Aε o . Persamaan kapasitans ialah C = Q/V, di mana V = Qd/Aε o supaya persamaan kapasitans berubah kepada C = Q: Qd/Aε o = Q x Aε o /Qd = Aε o /d.
Berdasarkan persamaan kapasitans C = A ε o / d, dapat disimpulkan bahawa kapasitans (C) adalah berkadar terus dengan luas permukaan (A) dan berkadar songsang dengan jarak (d) antara dua plat konduktor.
Huraian formula: E = medan elektrik, σ = ketumpatan cas, ε = kebolehtelapan ruang kosong = 8,85 x 10 -12 F/m, Q = cas elektrik, A = luas permukaan plat konduktor, V = beza keupayaan elektrik.
