Определение параллельно-пластинчатого конденсатора
Параллельно-пластинчатый конденсатор — это конденсатор, состоящий из двух параллельных пластин или проводников, каждая из которых имеет одинаковую площадь поперечного сечения (A), а расстояние между ними равно определенному расстоянию (d), как показано на рисунке слева. В данной статье предполагается, что две проводники разделены вакуумом. На рисунке одна из проводников заряжена положительно (+Q), а другая — отрицательно (-Q), при этом величина электрического заряда на каждой пластине одинакова.
Разница в типе электрического заряда на двух проводящих пластинах вызывает электрическое поле и разность электрических потенциалов между двумя пластинами. Положительно заряженная пластина имеет более высокий электрический потенциал, а отрицательно заряженная пластина — более низкий. Как поясняется в статье относительно электрический потенциалЕсли между двумя пластинами конденсатора существует разность электрических потенциалов, то в конденсаторе накапливается электрическая потенциальная энергия. Электрическая потенциальная энергия, запасенная в конденсаторе, находит множество применений.
Факторы, влияющие на емкость параллельно-пластинчатого конденсатора
Конденсаторы изначально не заряжены, или электрически нейтральны. Для их зарядки их подключают к источнику напряжения, например, к батарее, с помощью кабелей. Одна проводящая пластина подключается к положительному полюсу батареи, а другая — к отрицательному.
Помните, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Электроны имеют отрицательный заряд и легко перемещаются, поскольку находятся на поверхности атома, тогда как протоны имеют положительный заряд и не могут двигаться, поскольку находятся в ядре. Если число протонов на проводящей пластине превышает число электронов, пластина имеет положительный заряд. И наоборот, если число электронов превышает число протонов, пластина имеет отрицательный заряд.
После подключения конденсатора к батарее положительный полюс батареи заряжается положительно, притягивая электроны к проводящей пластине, а отрицательный полюс батареи заряжается отрицательно, отталкивая электроны к проводящей пластине. Перенос электронов между батареей и проводящей пластиной приводит к тому, что проводящая пластина, теряющая электроны, становится положительно заряженной, а проводящая пластина, принимающая электроны, — отрицательно заряженной. Перенос электронов прекращается, когда разность электрических потенциалов между двумя проводящими пластинами становится равной разности электрических потенциалов между двумя клеммами батареи.
Конденсатор выполняет функцию хранения mэлектрический заряд Дан электрическая потенциальная энергияЕмкость — это показатель способности конденсатора накапливать электрический заряд и потенциальную энергию. Чем больше накопленный электрический заряд и чем больше потенциальная энергия, тем больше емкость. Какие факторы влияют на емкость параллельно-пластинчатого конденсатора?
– Площадь поверхности проводящей пластины
Параллельно-пластинчатые конденсаторы накапливают электрический заряд на своих проводящих пластинах. Малая площадь поверхности пластин означает малое количество накопленного заряда; большая площадь поверхности пластин означает большое количество накопленного заряда. Чем больше заряда накоплено на проводящих пластинах, тем больше электрическая потенциальная энергия конденсатора. Следовательно, чем больше электрическая потенциальная энергия конденсатора, тем больше его емкость. На основании этого обзора можно сделать вывод, что емкость конденсатора (C) пропорциональна площади поверхности проводящих пластин (A).
– Расстояние между двумя проводящими пластинами
Движение электронов прекращается, когда разность потенциалов между двумя проводящими пластинами становится равной разности потенциалов между двумя полюсами батареи. Как можно увеличить электрический заряд на двух проводящих пластинах? Один из способов — уменьшить расстояние между двумя проводниками (уменьшить d). Когда два проводника сближаются, величина электрического заряда остается постоянной, так что электрическое поле, создаваемое электрическим зарядом, имеет постоянное значение. Исходя из уравнения V = E d, когда электрическое поле (E) постоянно, разность электрических потенциалов (V) уменьшается, если расстояние между двумя проводящими пластинами уменьшается (d).
Разность потенциалов между двумя проводящими пластинами уменьшается до тех пор, пока не станет меньше разности потенциалов между двумя клеммами батареи. Это приводит к возобновлению движения электронов до тех пор, пока электрический заряд на каждой проводящей пластине не увеличится. Движение электронов прекращается, как только разность потенциалов между двумя пластинами сравняется с разностью потенциалов между двумя клеммами батареи.
При уменьшении расстояния между двумя проводящими пластинами электрический заряд на каждой пластине увеличивается, так что электрическая потенциальная энергия в конденсаторе также увеличивается. Если электрическая потенциальная энергия в конденсаторе увеличивается, емкость конденсатора также увеличивается. Если расстояние уменьшается, заряд увеличивается, так что емкость увеличивается; если расстояние увеличивается, заряд уменьшается, так что емкость уменьшается. Можно заключить, что емкость конденсатора (C) обратно пропорциональна расстоянию между двумя проводящими пластинами (d).
Уравнение емкости для параллельно-пластинчатого конденсатора
Ранее мы объяснили факторы, влияющие на емкость параллельно-пластинчатого конденсатора. Значение емкости можно четко определить с помощью расчетов, используя уравнения. В статье об определении электрического поля с помощью закона Гаусса мы рассмотрели формулу для расчета электрического поля вблизи заряженной проводящей пластины: E = σ/εoгде σ = Q/A, так что уравнение электрического поля изменяется на E = Q/A : εo = Q/A x 1/εo = Q/AεoУравнение электрического потенциала имеет вид V = E d, где E = Q/Aε.o Таким образом, уравнение изменяется на V = Qd/AεoУравнение емкости имеет вид C = Q/V, где V = Qd/Aε.o так что уравнение емкости изменяется на C = Q : Qd/Aεo = Q x Aεo /Qd = Aεo/ Д.
Исходя из уравнения емкости C = A εo Из этого можно сделать вывод, что емкость (C) пропорциональна площади поверхности (A) и обратно пропорциональна расстоянию (d) между двумя проводящими пластинами.
Описание формулы: E = электрическое поле, σ = плотность заряда, εo = диэлектрическая проницаемость пустого пространства = 8,85 x 10-12 Ф/м, Q = электрический заряд, А = площадь поверхности проводящей пластины, В = разность электрических потенциалов.
