Definition av parallellplattkondensatorn
Parallellplattkondensatorn är en kondensator som består av två parallella ledarplattor, där varje platta har en lika stor tvärsnittsarea (A) och två plattor separerade med ett visst avstånd (d), som visas i figuren till vänster. En av ledarplattorna är positivt laddad (+Q) medan den andra ledarplattan är negativt laddad (-Q), där mängden ... elektrisk laddning på varje platta är lika. För att laddningen inte ska flyttas till luftmolekylen är kondensatorn isolerad från omgivningen, och mellan de två plattorna finns ett vakuum.
Skillnaden i typerna av elektriska laddningar i båda ledarplattorna skapar ett elektriskt fält och en elektrisk potentialskillnad mellan de två plattorna. Den positivt laddade plattan har en högre elektrisk potential, medan den negativt laddade plattan har en lägre elektrisk potential. Som förklaras i ämnet elektrisk potential, om det finns en elektrisk potentialskillnad mellan kondensatorns två plattor, finns det en elektrisk potentiell energi i kondensatorn. Den elektriska potentiella energin som lagras i kondensatorer har många användningsområden.
Faktorer som påverkar kapacitansen hos parallellplattkondensatorn
Kondensatorn är till en början inte elektriskt laddad eller elektriskt neutral. För att laddas upp görs laddningen av kondensatorn genom att ansluta kondensatorn till en spänningskälla, såsom ett batteri, med hjälp av en kabel. En av ledarplattorna är ansluten till batteriets positiva pol, medan den andra ledarplattan är ansluten till batteriets negativa pol.
Kom ihåg att lika laddningar stöter bort varandra, medan olika laddningar attraherar varandra. Elektronerna är negativt laddade och lätta att röra sig på eftersom de finns på atomens yta, medan protonerna är positivt laddade och kan inte röra sig på grund av att de finns vid atomkärnan. Om ledarplattan har fler protoner än elektroner är plattan positivt laddad, tvärtom, om antalet elektroner är fler än protoner är plattan negativt laddad.
Efter att kondensatorn är ansluten till batteriet laddas batteriets positiva pol positivt. Så att den drar elektronerna från ledarplattan, medan batteriets negativa pol laddas negativt och avvisar elektronerna till ledarplattan. Den elektriska förskjutningen mellan batteriet och ledarplattan gör att ledarplattan förlorar elektroner som laddas positivt, och ledarplattan tar emot elektroner som laddas negativt. Elektronernas rörelse upphör efter att den elektriska potentialskillnaden mellan de två ledarplattorna är lika med den elektriska potentialskillnaden mellan de två batteripolerna.
Kondensatorns funktion är att lagra elektrisk laddning och elektrisk potentiell energi . Storleken på kondensatorns förmåga att lagra elektrisk laddning och elektrisk potentiell energi kallas kapacitans. Ju mer elektricitet som lagras, desto större är också den lagrade elektriska potentiella energin, desto större blir kondensatorns kapacitans. Vilka faktorer påverkar kapacitansen hos en plattkondensator?
Ytan på ledarplattan
Den parallella plattkondensatorn lagrar den elektriska laddningen på ledarplattan. Om plattans yta är liten lagras en liten elektrisk laddning, annars lagras en stor mängd elektrisk laddning om plattans yta är stor. Ju fler elektriska laddningar som lagras på ledarplattan, desto större är den elektriska potentiella energin som kondensatorn har. Så ju större kondensatorns elektriska potentiella energi är, desto större är kondensatorns kapacitans. Baserat på denna granskning kan man dra slutsatsen att kondensatorns kapacitans (C) är proportionell mot ledarplattans yta (A).
Avståndet mellan de två ledarplattorna
Elektronöverföringen avbryts efter att potentialskillnaden mellan de två ledarplattorna är lika med potentialskillnaden mellan de två batteripolerna. Hur ökar man den elektriska laddningen på båda ledarplattorna? Ett sätt är att minska avståndet mellan de två ledarna (minimera d). När de två ledarna förs närmare varandra kvarstår mängden elektrisk laddning så att det elektriska fältet som produceras av den elektriska laddningen är fixerat. Baserat på ekvationen V = E d, när det elektriska fältet (E) är konstant, minskar den elektriska potentialskillnaden (V) om avståndet mellan de två ledarplattorna minskar (d).
Potentialskillnaden mellan de två ledarplattorna minskas så att den är mindre än potentialskillnaden mellan de två batteripolerna. Detta orsakar förskjutning av elektroner igen tills den elektriska laddningen för varje ledarplatta ökar. Överföringen av elektroner upphör efter att potentialskillnaden mellan de två plattorna är lika med potentialskillnaden mellan de två batteripolerna.
När avståndet mellan de två ledarplattorna minskas ökar den elektriska laddningen på varje platta så att kondensatorns elektriska potentiella energi också ökar. Om kondensatorns elektriska potentiella energi ökar ökar även kondensatorns kapacitans. Om avståndet minskas ökar laddningen så att kapacitansen ökar, när avståndet ökas minskar laddningen så att kapacitansen minskar. Man kan dra slutsatsen att kondensatorns kapacitans (C) är omvänt proportionell mot avståndet mellan de två ledarplattorna (d).
Ekvationen för kapacitansen hos den parallella plattkondensatorn
Tidigare har saker som påverkar kapacitansen hos parallella plattkondensatorer förklarats. Kapacitansvärdet kan tydligt beräknas genom beräkningar med hjälp av ekvationen. I ett ämne om att bestämma det elektriska fältet med hjälp av Gauss lag är formeln för att beräkna det elektriska fältet nära den elektriskt laddade ledarplattan E = σ / εo, där σ = Q / A så att den elektriska fältekvationen ändras till E = Q/A: εo = Q/A x 1/εo = Q / A εoEkvationen för den elektriska potentialen är V = E d, där E = Q / A εo så att ekvationen ändras till V = Qd / AεoKapacitansens ekvation är C = Q/V, där V = Qd / Aεo så att kapacitansens ekvation ändras till C = Q: Qd / Aεo = Q x A εo / Q d = A εo / d.
Baserat på ekvationen för kapacitans C = A ε o / d kan man dra slutsatsen att kapacitansen (C) är proportionell mot ytarean (A) och omvänt proportionell mot avståndet (d) mellan de två ledarplattorna.
E = elektriskt fält, σ = laddningstäthet, εo = vakuumpermittivitet = 8.85 x 10⁻⁹ F/m, Q = elektrisk laddning, A = ledarplattans yta, V = elektrisk potentialskillnad.
