Definícia doskového kondenzátora
Doskový kondenzátor je kondenzátor, ktorý sa skladá z dvoch rovnobežných vodičových dosiek, pričom každá doska má rovnakú prierezovú plochu (A) a dvoch dosiek od seba vzdialených určitou vzdialenosťou (d), ako je znázornené na obrázku vľavo. Jedna z vodičových dosiek je kladne nabitá (+Q), zatiaľ čo druhá vodičová doska je záporne nabitá (-Q), kde množstvo nabíjačka na každej platni je rovnaký. Aby sa náboj nepresunul na molekulu vzduchu, kondenzátor je izolovaný od okolia a medzi oboma platňami je vákuum.
Rozdiel v typoch elektrických nábojov v oboch vodičových doskách vytvára elektrické pole a rozdiel elektrického potenciálu medzi týmito dvoma doskami. Kladne nabitá doska má vyšší elektrický potenciál, zatiaľ čo záporne nabitá doska má nižší elektrický potenciál. Ako je vysvetlené v téme o elektrickom potenciáli, ak je medzi dvoma doskami kondenzátora rozdiel elektrického potenciálu, v kondenzátore existuje elektrická potenciálna energia. Elektrická potenciálna energia uložená v kondenzátoroch má mnoho využití.
Faktory ovplyvňujúce kapacitu doskového kondenzátora
Kondenzátor nie je spočiatku elektricky nabitý ani elektricky neutrálny. Na nabitie sa kondenzátor nabíja pripojením k zdroju napätia, ako je napríklad batéria, pomocou kábla. Jeden z vodičov je pripojený ku kladnému pólu batérie, zatiaľ čo druhý vodič je pripojený k zápornému pólu batérie.
Pamätajte, že rovnaké náboje sa navzájom odpudzujú, zatiaľ čo odlišné náboje sa navzájom priťahujú. Elektróny sú záporne nabité a ľahko sa pohybujú, pretože sú na povrchu atómu, zatiaľ čo protóny sú kladne nabité a nemôžu sa pohybovať, pretože sú v atómovom jadre. Ak má vodivá doska viac protónov ako elektrónov, doska je kladne nabitá, naopak, ak je počet elektrónov väčší ako protónov, doska je záporne nabitá.
Po pripojení kondenzátora k batérii sa kladný pól batérie nabije kladne, čím odvádza elektróny z vodivej dosky, zatiaľ čo záporný pól batérie sa nabije záporne, čím odmieta elektróny na vodivú dosku. Elektrický posun medzi batériou a vodivou doskou spôsobuje, že vodivá doska stráca elektróny, ktoré sa kladne nabijú, a vodivá doska prijíma elektróny, ktoré sa záporne nabijú. Pohyb elektrónov sa zastaví, keď sa rozdiel elektrického potenciálu medzi dvoma vodivými doskami rovná rozdielu elektrického potenciálu medzi dvoma pólmi batérie.
Funkcia kondenzátora na ukladanie telektrický náboj a elektrická potenciálna energiaVeľkosť schopnosti kondenzátora uchovávať elektrický náboj a elektrickú potenciálnu energiu sa nazýva kapacita. Čím viac elektriny je uložené, tým väčšia je aj uložená elektrická potenciálna energia, tým väčšia je kapacita kondenzátora. Aké faktory ovplyvňujú kapacitu doskového kondenzátora?
Povrchová plocha vodivej dosky
Doskový kondenzátor ukladá elektrický náboj na vodivej doske. Ak je plocha povrchu dosky malá, ukladá sa malé množstvo elektrického náboja, inak, ak je plocha povrchu dosky veľká, ukladá sa veľa elektrického náboja. Čím viac elektrických nábojov je uložených na vodivej doske, tým väčšia je elektrická potenciálna energia kondenzátora. Čím väčšia je elektrická potenciálna energia kondenzátora, tým väčšia je jeho kapacita. Na základe tohto prehľadu možno konštatovať, že kapacita kondenzátora (C) je úmerná ploche povrchu vodivej dosky (A).
Vzdialenosť medzi dvoma vodivými doskami
Prenos elektrónov sa zastaví, keď sa rozdiel potenciálov medzi dvoma vodičovými platňami rovná rozdielu potenciálov medzi dvoma pólmi batérie. Ako zvýšite elektrický náboj na oboch vodičových platniach? Jedným zo spôsobov je zmenšiť vzdialenosť medzi dvoma vodičmi (minimalizovať d). Keď sa dva vodiče priblížia, množstvo elektrického náboja zostane zachované, takže elektrické pole vytvorené elektrickým nábojom je konštantné. Na základe rovnice V = E d, keď je elektrické pole (E) konštantné, rozdiel elektrického potenciálu (V) sa zmenší, ak sa vzdialenosť medzi dvoma vodičovými platňami zmenší (d).
Rozdiel potenciálov medzi dvoma vodičovými platňami sa zmenší tak, že je menší ako rozdiel potenciálov medzi dvoma pólmi batérie. To spôsobí opätovný posun elektrónov, až kým sa elektrický náboj každej vodičovej platne nezvýši. Prenos elektrónov sa zastaví, keď sa rozdiel potenciálov medzi dvoma platňami vyrovná rozdielu potenciálov medzi dvoma pólmi batérie.
Keď sa vzdialenosť medzi dvoma vodičovými doskami zmenší, elektrický náboj na každej doske sa zvýši, takže sa zvýši aj elektrická potenciálna energia kondenzátora. Ak sa zvýši elektrická potenciálna energia kondenzátora, zvýši sa aj jeho kapacita. Ak sa vzdialenosť zmenší, náboj sa zvýši, takže sa zvýši aj kapacita, keď sa vzdialenosť zväčší, náboj sa zmenší, takže sa zníži aj kapacita. Dá sa usúdiť, že kapacita kondenzátora (C) je nepriamo úmerná vzdialenosti medzi dvoma vodičovými doskami (d).
Rovnica kapacity doskového kondenzátora
Predtým boli vysvetlené faktory ovplyvňujúce kapacitu doskových kondenzátorov. Hodnotu kapacity možno jasne určiť výpočtami pomocou rovnice. V téme o určovaní elektrického poľa pomocou Gaussovho zákona je vzorec na výpočet elektrického poľa v blízkosti elektricky nabitej vodivej dosky E = σ / εo, kde σ = Q / A, takže rovnica elektrického poľa sa zmení na E = Q/A: εo = Q/A x 1/εo = Q / A εoRovnica elektrického potenciálu je V = E d, kde E = Q / A εo takže rovnica sa zmení na V = Q d / A εoRovnica kapacity je C = Q/V, kde V = Q d / A εo takže rovnica kapacity sa zmení na C = Q: Q d / A εo = Q x A εo / Q d = A εo / deň
Na základe rovnice kapacity C = A εo / d možno konštatovať, že kapacita (C) je úmerná ploche povrchu (A) a nepriamo úmerná vzdialenosti (d) medzi dvoma vodičovými doskami.
E = elektrické pole, σ = hustota náboja, εo = permitivita vákua = 8.85 x 10-12 F/m, Q = elektrický náboj, A = povrch vodičovej dosky, V = rozdiel elektrického potenciálu.
