Definicija ploščatega kondenzatorja
Ploščati kondenzator je kondenzator, ki je sestavljen iz dveh vzporednih prevodnih plošč, pri čemer ima vsaka plošča enako površino prečnega prereza (A), in dveh plošč, ki sta med seboj oddaljeni z določeno razdaljo (d), kot je prikazano na sliki levo. Ena od prevodnih plošč je pozitivno nabita (+Q), druga pa negativno nabita (-Q), kjer je količina električni naboj na vsaki plošči je enak. Da se naboj ne premakne na molekulo zraka, je kondenzator izoliran od okolja, med ploščama pa je vakuum.
Razlika v vrstah električnih nabojev v obeh prevodnih ploščah ustvarja električno polje in električno potencialno razliko med ploščama. Pozitivno nabita plošča ima višji električni potencial, negativno nabita plošča pa nižji. Kot je pojasnjeno v temi o električnem potencialu, če obstaja električna potencialna razlika med ploščama kondenzatorja, obstaja električna potencialna energija v kondenzatorju. Električna potencialna energija, shranjena v kondenzatorjih, ima veliko uporab.
Dejavniki, ki vplivajo na kapacitivnost ploščatega kondenzatorja
Kondenzator sprva ni električno nabit ali električno nevtralen. Polnjenje kondenzatorja se izvede tako, da se s kablom priključi na vir napetosti, kot je baterija. Ena od prevodnih plošč je priključena na pozitivni pol baterije, druga pa na negativni pol baterije.
Ne pozabite, da se enaki naboji odbijajo, medtem ko se raznobarvni naboji privlačijo. Elektroni so negativno nabiti in se zlahka premikajo, ker so na površini atoma, medtem ko so protoni pozitivno nabiti in se ne morejo premikati, ker so v atomskem jedru. Če ima prevodna plošča več protonov kot elektronov, je plošča pozitivno nabita, nasprotno, če je število elektronov večje od protonov, je plošča negativno nabita.
Ko je kondenzator priključen na baterijo, se pozitivni pol baterije pozitivno nabije, tako da vleče elektrone s prevodne plošče, negativni pol baterije pa se negativno nabije, tako da elektrone odbija na prevodno ploščo. Električni premik med baterijo in prevodno ploščo povzroči, da prevodna plošča izgubi elektrone, ki se pozitivno nabijejo, prevodna plošča pa prejema elektrone, ki se negativno nabijejo. Gibanje elektronov se ustavi, ko je električna potencialna razlika med prevodnima ploščama enaka električni potencialni razliki med poloma baterije.
Funkcija kondenzatorja za shranjevanje telektrični naboj in električna potencialna energijaVelikost sposobnosti kondenzatorja za shranjevanje električnega naboja in električne potencialne energije se imenuje kapacitivnost. Večja kot je shranjena elektrika, večja je tudi shranjena električna potencialna energija, večja je kapacitivnost kondenzatorja. Kateri dejavniki vplivajo na kapacitivnost ploščatega kondenzatorja?
Površina prevodne plošče
Ploščati kondenzator shranjuje električni naboj na prevodni plošči. Če je površina plošče majhna, se shrani malo električnega naboja, če pa je površina plošče velika, se shrani veliko električnega naboja. Več električnih nabojev kot je shranjenih na prevodni plošči, večja je električna potencialna energija kondenzatorja. Torej, večja kot je električna potencialna energija kondenzatorja, večja je njegova kapacitivnost. Na podlagi tega pregleda lahko sklepamo, da je kapacitivnost kondenzatorja (C) sorazmerna s površino prevodne plošče (A).
Razdalja med dvema prevodnima ploščama
Prenos elektronov se ustavi, ko je potencialna razlika med prevodnima ploščama enaka potencialni razliki med poloma baterije. Kako povečamo električni naboj na obeh prevodnih ploščah? Eden od načinov je zmanjšanje razdalje med prevodnikoma (minimiziranje d). Ko se prevodnika približata, količina električnega naboja ostane, tako da je električno polje, ki ga ustvarja električni naboj, fiksno. Na podlagi enačbe V = E d se pri konstantnem električnem polju (E) električna potencialna razlika (V) zmanjša, če se razdalja med prevodnima ploščama zmanjša (d).
Potencialna razlika med obema prevodnima ploščama se zmanjša tako, da je manjša od potencialne razlike med obema poloma baterije. To povzroči ponovni premik elektronov, dokler se električni naboj vsake prevodne plošče ne poveča. Prenos elektronov se ustavi, ko je potencialna razlika med obema ploščama enaka potencialni razliki med obema poloma baterije.
Ko se razdalja med prevodnima ploščama zmanjša, se električni naboj na vsaki plošči poveča, tako da se poveča tudi električna potencialna energija kondenzatorja. Če se električna potencialna energija kondenzatorja poveča, se poveča tudi njegova kapacitivnost. Če se razdalja zmanjša, se naboj poveča, tako da se kapacitivnost poveča, ko pa se razdalja poveča, se naboj zmanjša, zato se kapacitivnost zmanjša. Sklepamo lahko, da je kapacitivnost kondenzatorja (C) obratno sorazmerna z razdaljo med prevodnima ploščama (d).
Enačba kapacitivnosti ploščatega kondenzatorja
Prej so bili pojasnjeni dejavniki, ki vplivajo na kapacitivnost ploščatih kondenzatorjev. Vrednost kapacitivnosti je mogoče jasno določiti z izračuni z uporabo enačbe. V temi o določanju električnega polja z uporabo Gaussovega zakona je formula za izračun električnega polja v bližini električno nabite prevodne plošče E = σ / εo, kjer je σ = Q / A, tako da se enačba električnega polja spremeni v E = Q/A: εo = Q/A x 1/εo = Q / A εoEnačba električnega potenciala je V = E d, kjer je E = Q / A εo tako da se enačba spremeni v V = Q d / A εoEnačba kapacitivnosti je C = Q/V, kjer je V = Q d / A εo tako da se enačba kapacitivnosti spremeni v C = Q: Q d / A εo = Q x A εo / Q d = A εo / dan
Na podlagi enačbe kapacitivnosti C = A εo / d lahko sklepamo, da je kapacitivnost (C) sorazmerna s površino (A) in obratno sorazmerna z razdaljo (d) med obema prevodnima ploščama.
E = električno polje, σ = gostota naboja, εo = vakuumska permitivnost = 8.85 x 10-12 F/m, Q = električni naboj, A = površina prevodne plošče, V = električna potencialna razlika.
