Dielectric ni kihami kinachotenganisha sahani au karatasi mbili za kondakta kwenye capacitor. Vihami ni nyenzo ambazo haziwezi kuendesha mkondo wa umeme, kwa mfano, plastiki, glasi, karatasi, au mbao. Kazi ya dielectric ni kuongeza uwezo ili capacitor iweze kuhifadhi chaji zaidi ya umeme na nishati inayoweza kutokea kwa umeme.
Kapicha inaweza kufanya kazi ikiwa sahani zote mbili za kondakta hazigusana ili chaji ya umeme isisogee kutoka kwa kondakta mmoja hadi mwingine. Vile vile, ili chaji ya umeme isisogee kutoka kwa kondakta hadi hewani, nafasi kati ya kondakta hizo mbili lazima iwe utupu. Katika mada kuhusu sahani sambamba, kapicha imejadiliwa uwezo wa kapicha za sahani sambamba ambazo zimetenganishwa na utupu. Uwezo wa kapicha katika utupu una mapungufu ili ili kupanua uwezo, weka dielectric kati ya sahani hizo mbili.
Dielectric huongeza uwezo kwa sababu uwezo wa umeme kati ya sahani mbili za kondakta hupungua
Kwa nini uwezo wa capacitor huongezeka baada ya dielektriki kuwekwa kati ya sahani au shuka mbili? Ili kupata jibu la swali hili, kwanza, kumbuka somo kuhusu chaji ya umeme. Kama vile chaji za umeme hurudishana, huku tofauti na chaji za umeme zikivutiana. Kwa mfano, chaji chanya huvutia chaji hasi lakini hurudisha chaji chanya. Basi kwa nini plastiki zenye chaji hasi zinaweza kuvutia vipande vidogo vya karatasi ambavyo havijachajiwa kwa umeme? Hii hutokea kwa sababu kipande cha karatasi hupata upolarishaji wa chaji.
Elektroni katika nyenzo za kuhami joto kama vile karatasi haziwezi kusogea kwa uhuru kama elektroni katika nyenzo za kondakta. Kwa hivyo, plastiki yenye chaji hasi inapoletwa karibu na kipande cha karatasi, elektroni zilizofungwa kwenye atomi hukataliwa mbali na plastiki yenye chaji hasi. Ili kuwe na mgawanyiko wa chaji hasi na chaji chanya kwenye karatasi. Chaji hasi kwenye karatasi iko mbali zaidi na plastiki, huku chaji chanya kwenye karatasi ikiwa na umbali karibu na plastiki. Kisha, chaji hasi kwenye plastiki huvuta chaji chanya kwenye kipande cha karatasi hadi karatasi isonge karibu na plastiki.
Mchakato wa upolarishaji wa chaji unaotokea kwenye vipande vya karatasi ni sawa na upolarishaji wa chaji unaotokea kwenye dielektri. Kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro upande wa kushoto, kwa mfano, mwanzoni, kulikuwa na vipande viwili tu vya kondakta zilizochajiwa kwa umeme. Bamba la kushoto lina chaji chanya huku bamba la kulia likiwa na chaji hasi ili mwelekeo wa uwanja wa umeme uwe kutoka kushoto kwenda kulia.
Baada ya dielektriki kuwekwa kati ya sahani mbili za kondakta, chaji chanya kwenye bamba la kushoto huvuta elektroni kwenye uso wa dielektriki ulio karibu. Vile vile, chaji hasi kwenye bamba la kulia hurudisha elektroni kwenye uso wa dielektriki ulio karibu. Elektroni kwenye dielektriki, ambayo ni kihami, hazina uhuru wa kusonga kama elektroni kwenye kondakta. Kwa hivyo, elektroni hubaki zimefungamana na atomi, lakini kuna upolarishaji wa elektroni zenye chaji hasi na protoni zenye chaji chanya, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro.
Uwepo wa chaji chanya upande wa kulia wa atomi za dielektriki na chaji hasi upande wa kushoto wa atomi za dielektriki husababisha uwanja wa umeme. Ambayo ni kutoka kulia kwenda kushoto, ambayo hudhoofisha uwanja wa umeme unaozalishwa na chaji ya umeme kwenye bamba la kondakta, ambayo ni kutoka kushoto kwenda kulia. Kwa hivyo, uwanja wa umeme hupungua si kwa sababu chaji ya umeme kwenye bamba/shuka mbili za kondakta hupungua, lakini kwa sababu uwanja wa umeme unaonekana kwenye dielektriki upande mwingine. Ikiwa dielektriki itatolewa, nguvu ya uwanja wa umeme inayozalishwa na chaji ya umeme kwenye bamba mbili au shuka za kondakta hurejea katika hali ya kawaida.
If
Nguvu ya uwanja wa umeme inayotokana na chaji ya umeme kwenye sahani zote mbili za kondakta hupunguzwa, uwezo wa umeme kati ya sahani mbili za kondakta pia hupunguzwa. Kwa sababu uwanja wa umeme unalingana moja kwa moja na uwezo wa umeme kama ilivyoelezwa katika mlinganyo E = V / d, ambapo E = uwanja wa umeme, V = uwezo wa umeme na d = umbali kati ya sahani hizo mbili. Ikiwa kabla kuna uwezo wa umeme kwa dielektri ni Vo basi baada ya dielektri, uwezo wa umeme hupunguzwa hadi V kwa kipengele K.
Kihisabati, Vo = KV au V = Vo / K au K = Vo / V, ambapo K = kigezo cha dielektriki. Vo> V ili K> 1.
Tafadhali kumbuka kwamba kiasi cha chaji ya umeme kwenye bamba au shuka zote mbili za kondakta hakibadiliki ili kiasi cha chaji ya mwisho kiwe sawa na kiasi cha chaji ya awali (Q = Qo). Mabadiliko katika uwezo wa capacitor huhesabiwa kwa njia ifuatayo:
C = uwezo wa mwisho, Co = uwezo wa awali, Q = chaji ya mwisho, Qo = chaji ya awali, V = uwezo wa mwisho, Vo = uwezo wa awali, K = kigezo cha dielectric
Kulingana na mlinganyo hapo juu, imehitimishwa kuwa uwezo wa awali (Co) ni mdogo huku uwezo wa mwisho (C) ukiwa mkubwa zaidi. Uwezo huongezeka kwa kipengele cha K, ambapo K ni kigezo cha dielectric. Thamani ya kigezo cha dielectric cha kila nyenzo ya kuhami joto hutofautiana. Kigezo cha dielectric (K) ni matokeo ya uwiano wa uwezo wa capacitor wakati wa kutumia dielectric, kwa uwezo wa capacitor wakati hautumii dielectric.
Uwezo wa dielectric huongezeka kwa sababu umbali kati ya sahani mbili za kondakta hupungua
Kazi nyingine ya dielectric ni kupunguza umbali (d) kati ya sahani mbili za kondakta. Ili uwanja wa umeme (E) na volteji ya umeme (V) kati ya sahani mbili au karatasi za kondakta ziongezeke, kama ilivyoelezwa na mlinganyo E = V / d. Ikiwa uwanja wa umeme na volteji ya umeme kati ya sahani mbili au karatasi zinaongezeka, basi uwezo wa capacitor huongezeka.
Ikiwa capacitors husika ni sambamba, uwezo huhesabiwa kwa kutumia fomula ifuatayo:
Kulingana na fomula mbili hapo juu, inaweza kuhitimishwa kwamba uwezo (C) wa capacitors za sahani sambamba unaweza kupanuliwa kwa kupunguza umbali kati ya sahani mbili au karatasi za kondakta (d).
Uwezo wa dielectric huongezeka kwa sababu uwezo wa capacitor huongezeka
Dielektriki imetengenezwa kwa nyenzo ya kuhami joto ambayo, ikiwa iko katika uwanja wenye nguvu wa umeme, itaharibika. Uharibifu wa dielektriki hutokea wakati uwanja wa umeme ukiwa na nguvu sana kiasi kwamba unaweza kusogeza elektroni kutoka kwenye atomi, kisha elektroni hugonga elektroni kwenye atomi zingine ili mtiririko wa elektroni katika dielektriki utokee. Kwa maneno mengine, uharibifu wa dielektriki husababisha dielektriki ambayo ni kihami joto cha umeme kugeuka kuwa kondakta wa umeme.
Ili kuepuka uharibifu, kila dielektriki iliyotengenezwa kwa nyenzo fulani ya kuhami joto ina thamani ya juu zaidi ya uga wa umeme ambayo inaweza kushikiliwa, inayoitwa nguvu ya dielektriki. Nguvu ya dielektriki ya nyenzo ya kuhami joto ni kubwa kuliko nguvu ya dielektriki ya hewa na kila nyenzo ya kuhami joto ina nguvu tofauti ya dielektriki, baadhi ni ndogo na baadhi ni kubwa. Kwa hivyo ikiwa dielektriki yenye nguvu kubwa ya dielektriki inatumika, uga wa umeme unaoweza kushikiliwa ni mkubwa na volteji inayoweza kushikiliwa pia ni kubwa zaidi. Ikiwa uga wa umeme na volteji ya umeme inayozalishwa na sahani au karatasi mbili za kondakta ni kubwa zaidi, ndivyo kiwango kikubwa cha chaji ya umeme inayoweza kushikiliwa na bamba la kondakta kinavyoongezeka. Chaji zaidi iliyo ndani ya bamba la kondakta, ndivyo uwezo wa capacitor unavyoongezeka.
