Definitie van de parallelle plaatcondensator
De parallelplaatcondensator is een condensator die bestaat uit twee parallelle geleidende platen, waarbij elke plaat een gelijke dwarsdoorsnede (A) heeft en de twee platen door een bepaalde afstand (d) van elkaar gescheiden zijn, zoals weergegeven in de linkerfiguur. Een van de geleidende platen is positief geladen (+Q), terwijl de andere geleidende plaat negatief geladen is (-Q). elektrische lading De lading op elke plaat is gelijk. Zodat de lading niet naar de luchtmoleculen kan overgaan, is de condensator geïsoleerd van de omgeving en heerst er een vacuüm tussen de twee platen.
Het verschil in de soorten elektrische ladingen in beide geleidende platen creëert een elektrisch veld en een potentiaalverschil tussen de twee platen. De positief geladen plaat heeft een hogere potentiaal, terwijl de negatief geladen plaat een lagere potentiaal heeft. Zoals uitgelegd in het hoofdstuk over potentiaal, is er, als er een potentiaalverschil bestaat tussen de twee platen van een condensator, potentiële energie in de condensator aanwezig. De in condensatoren opgeslagen potentiële energie kent vele toepassingen.
Factoren die de capaciteit van een parallelle plaatcondensator beïnvloeden
De condensator is aanvankelijk niet elektrisch geladen of elektrisch neutraal. Om de condensator te laden, moet deze met een kabel worden verbonden met een spanningsbron, zoals een batterij. Een van de geleidende platen wordt aangesloten op de positieve pool van de batterij, terwijl de andere geleidende plaat wordt aangesloten op de negatieve pool van de batterij.
Onthoud dat gelijke ladingen elkaar afstoten, terwijl tegengestelde ladingen elkaar aantrekken. Elektronen zijn negatief geladen en kunnen zich gemakkelijk bewegen omdat ze zich aan het oppervlak van het atoom bevinden, terwijl protonen positief geladen zijn en zich niet kunnen bewegen omdat ze zich in de atoomkern bevinden. Als een geleiderplaat meer protonen dan elektronen heeft, is de plaat positief geladen; omgekeerd, als het aantal elektronen groter is dan het aantal protonen, is de plaat negatief geladen.
Nadat de condensator op de batterij is aangesloten, is de positieve pool van de batterij positief geladen. Hierdoor worden elektronen van de geleiderplaat aangetrokken, terwijl de negatieve pool van de batterij negatief geladen is en elektronen van de geleiderplaat afstoot. Door de elektrische verplaatsing tussen de batterij en de geleiderplaat verliest de geleiderplaat elektronen en wordt positief geladen, terwijl de geleiderplaat elektronen opneemt en negatief geladen wordt. De beweging van elektronen stopt wanneer het potentiaalverschil tussen de twee geleiderplaten gelijk is aan het potentiaalverschil tussen de twee polen van de batterij.
Een condensator heeft als functie het opslaan van elektrische lading en elektrische potentiële energie . De mate waarin een condensator elektrische lading en elektrische potentiële energie kan opslaan, wordt capaciteit genoemd. Hoe meer elektriciteit er wordt opgeslagen, hoe groter de opgeslagen elektrische potentiële energie en hoe groter de capaciteit van de condensator. Welke factoren beïnvloeden de capaciteit van een parallelle-plaatcondensator?
Het oppervlak van de geleiderplaat
Een parallelle-plaatcondensator slaat elektrische lading op in de geleidende platen. Als het plaatoppervlak klein is, wordt er weinig elektrische lading opgeslagen; als het plaatoppervlak groot is, wordt er veel elektrische lading opgeslagen. Hoe meer elektrische lading er op de geleidende platen is opgeslagen, hoe groter de potentiële energie van de condensator. Dus, hoe groter de potentiële energie van de condensator, hoe groter de capaciteit van de condensator. Op basis van deze analyse kan worden geconcludeerd dat de capaciteit van de condensator (C) evenredig is met het oppervlak van de geleidende platen (A).
De afstand tussen de twee geleiderplaten
De elektronenoverdracht stopt wanneer het potentiaalverschil tussen de twee geleidende platen gelijk is aan het potentiaalverschil tussen de twee polen van de batterij. Hoe kun je de elektrische lading op beide geleidende platen verhogen? Een manier is om de afstand tussen de twee geleiders te verkleinen (d te minimaliseren). Wanneer de twee geleiders dichter bij elkaar worden gebracht, blijft de hoeveelheid elektrische lading gelijk, zodat het elektrische veld dat door de elektrische lading wordt opgewekt constant blijft. Volgens de vergelijking V = E d, neemt het elektrische potentiaalverschil (V) af als de afstand tussen de twee geleidende platen afneemt (d), wanneer het elektrische veld (E) constant is.
Het potentiaalverschil tussen de twee geleiderplaten wordt kleiner, zodat het kleiner wordt dan het potentiaalverschil tussen de twee accupolen. Hierdoor vindt er opnieuw een elektronenverplaatsing plaats, totdat de elektrische lading van elke geleiderplaat toeneemt. De elektronenverplaatsing stopt wanneer het potentiaalverschil tussen de twee platen gelijk is aan het potentiaalverschil tussen de twee accupolen.
Wanneer de afstand tussen de twee geleidende platen kleiner wordt, neemt de elektrische lading op elke plaat toe, waardoor ook de potentiële energie van de condensator toeneemt. Als de potentiële energie van de condensator toeneemt, neemt ook de capaciteit van de condensator toe. Wanneer de afstand kleiner wordt, neemt de lading toe, waardoor de capaciteit toeneemt; wanneer de afstand groter wordt, neemt de lading af, waardoor de capaciteit afneemt. Hieruit kan worden geconcludeerd dat de capaciteit van de condensator (C) omgekeerd evenredig is met de afstand tussen de twee geleidende platen (d).
De vergelijking voor de capaciteit van een parallelle plaatcondensator
Eerder zijn de factoren die de capaciteit van parallelle plaatcondensatoren beïnvloeden uitgelegd. De capaciteitswaarde kan nauwkeurig worden bepaald door berekeningen met behulp van de vergelijking. In een hoofdstuk over het bepalen van het elektrische veld met behulp van de wet van Gauss, is de formule voor het berekenen van het elektrische veld nabij de elektrisch geladen geleiderplaat E = σ / εo, waarbij σ = Q / A zodat de vergelijking voor het elektrische veld verandert in E = Q/A: εo = Q/A x 1/εo = Q / A εoDe vergelijking voor de elektrische potentiaal is V = E d, waarbij E = Q / A εo zodat de vergelijking verandert in V = Q d / A εoDe formule voor capaciteit is C = Q/V, waarbij V = Q d / A εo zodat de vergelijking voor capaciteit verandert in C = Q: Q d / A εo = Q x A εo / Q d = A εo / D.
Op basis van de vergelijking voor capaciteit C = A ε o / d kan worden geconcludeerd dat de capaciteit (C) evenredig is met het oppervlak (A) en omgekeerd evenredig met de afstand (d) tussen de twee geleidende platen.
E = elektrisch veld, σ = ladingsdichtheid, εo = permittiviteit van vacuüm = 8.85 x 10⁻¹² F /m, Q = elektrische lading, A = oppervlakte van de geleiderplaat, V = elektrisch potentiaalverschil.
