Định nghĩa tụ điện phẳng song song
Tụ điện phẳng song song là một loại tụ điện gồm hai bản dẫn song song, mỗi bản dẫn có diện tích mặt cắt ngang bằng nhau (A) và hai bản dẫn cách nhau một khoảng nhất định (d), như hình bên trái. Một trong hai bản dẫn tích điện dương (+Q) trong khi bản dẫn còn lại tích điện âm (-Q), trong đó lượng điện tích giữa hai bản dẫn bằng nhau. sạc điện Điện tích trên mỗi bản cực bằng nhau. Để điện tích không di chuyển vào các phân tử không khí, tụ điện được cách ly với môi trường, và giữa hai bản cực có một khoảng chân không.
Sự khác biệt về loại điện tích trong hai bản dẫn tạo ra điện trường và hiệu điện thế giữa hai bản. Bản dẫn tích điện dương có điện thế cao hơn, trong khi bản dẫn tích điện âm có điện thế thấp hơn. Như đã giải thích trong chủ đề về điện thế, nếu có hiệu điện thế giữa hai bản của tụ điện, thì sẽ có điện thế năng trong tụ điện. Điện thế năng được lưu trữ trong tụ điện có nhiều ứng dụng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến điện dung của tụ điện phẳng song song
Ban đầu, tụ điện không tích điện hoặc trung hòa điện. Để tích điện, người ta nối tụ điện với nguồn điện áp như pin bằng dây dẫn. Một trong hai cực dẫn được nối với cực dương của pin, trong khi cực dẫn còn lại được nối với cực âm của pin.
Hãy nhớ rằng các điện tích cùng dấu đẩy nhau, trong khi các điện tích trái dấu hút nhau. Electron mang điện tích âm và dễ di chuyển vì chúng nằm trên bề mặt nguyên tử, trong khi proton mang điện tích dương và không thể di chuyển vì chúng nằm ở hạt nhân nguyên tử. Nếu tấm dẫn có nhiều proton hơn electron, tấm đó mang điện tích dương; ngược lại, nếu số electron nhiều hơn số proton, tấm đó mang điện tích âm.
Sau khi tụ điện được nối với pin, cực dương của pin sẽ tích điện dương, hút các electron từ bản dẫn, trong khi cực âm của pin tích điện âm, đẩy các electron về phía bản dẫn. Sự dịch chuyển điện tích giữa pin và bản dẫn khiến bản dẫn mất electron để tích điện dương, và bản dẫn nhận electron để tích điện âm. Sự chuyển động của electron dừng lại khi hiệu điện thế giữa hai bản dẫn bằng hiệu điện thế giữa hai cực của pin.
Tụ điện có chức năng lưu trữ điện tích và điện thế . Khả năng lưu trữ điện tích và điện thế của tụ điện được gọi là điện dung. Điện tích được lưu trữ càng lớn, điện thế lưu trữ càng lớn, do đó điện dung của tụ điện càng lớn. Những yếu tố nào ảnh hưởng đến điện dung của tụ điện phẳng song song?
Diện tích bề mặt của tấm dẫn điện
Tụ điện phẳng tích trữ điện tích trên bản dẫn. Nếu diện tích bề mặt bản dẫn nhỏ thì điện tích tích trữ ít, ngược lại nếu diện tích bề mặt bản dẫn lớn thì điện tích tích trữ nhiều hơn. Điện tích tích trữ trên bản dẫn càng nhiều thì điện thế mà tụ điện sở hữu càng lớn. Do đó, điện thế của tụ điện càng lớn thì điện dung của tụ điện càng lớn. Dựa trên những điều đã nêu, có thể kết luận rằng điện dung của tụ điện (C) tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt của bản dẫn (A).
Khoảng cách giữa hai tấm dẫn điện
Sự truyền electron dừng lại khi hiệu điện thế giữa hai bản dẫn bằng hiệu điện thế giữa hai cực của pin. Làm thế nào để tăng điện tích trên cả hai bản dẫn? Một cách là giảm khoảng cách giữa hai bản dẫn (giảm thiểu d). Khi hai bản dẫn được đưa lại gần nhau hơn, lượng điện tích vẫn giữ nguyên sao cho điện trường do điện tích đó tạo ra là không đổi. Dựa trên phương trình V = E d, khi điện trường (E) không đổi, hiệu điện thế (V) giảm nếu khoảng cách giữa hai bản dẫn giảm (d).
Hiệu điện thế giữa hai bản dẫn được giảm xuống sao cho nhỏ hơn hiệu điện thế giữa hai cực của pin. Điều này gây ra sự dịch chuyển electron trở lại cho đến khi điện tích của mỗi bản dẫn tăng lên. Sự dịch chuyển electron dừng lại khi hiệu điện thế giữa hai bản dẫn bằng hiệu điện thế giữa hai cực của pin.
Khi khoảng cách giữa hai bản dẫn giảm, điện tích trên mỗi bản dẫn tăng lên, do đó điện thế của tụ điện cũng tăng lên. Nếu điện thế của tụ điện tăng lên, điện dung của tụ điện cũng tăng lên. Nếu khoảng cách giảm, điện tích tăng lên nên điện dung tăng lên; khi khoảng cách tăng, điện tích giảm xuống nên điện dung giảm xuống. Từ đó có thể kết luận rằng điện dung của tụ điện (C) tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai bản dẫn (d).
Phương trình điện dung của tụ điện phẳng song song
Trước đây, các yếu tố ảnh hưởng đến điện dung của tụ điện phẳng song song đã được giải thích. Giá trị điện dung có thể được xác định rõ ràng thông qua các phép tính sử dụng phương trình. Trong chủ đề về việc xác định điện trường bằng định luật Gauss, công thức để tính toán điện trường gần bản dẫn tích điện là E = σ / εotrong đó σ = Q / A sao cho phương trình điện trường thay đổi thành E = Q/A: εo = Q/A x 1/εo = Q / A εoPhương trình điện thế là V = E d, trong đó E = Q / A εo do đó phương trình thay đổi thành V = Q d / A εoPhương trình điện dung là C = Q/V, trong đó V = Q d / A εo Do đó, phương trình điện dung thay đổi thành C = Q: Q d / A εo = Q x A εo / Q d = A εo / d.
Dựa trên phương trình điện dung C = A ε o / d, có thể kết luận rằng điện dung (C) tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt (A) và tỷ lệ nghịch với khoảng cách (d) giữa hai bản dẫn.
E = điện trường, σ = mật độ điện tích, ε₀ = hằng số điện môi chân không = 8.85 x 10⁻¹² F /m, Q = điện tích, A = diện tích bề mặt của tấm dẫn điện, V = hiệu điện thế.
