Parallel Plate Kapasitor: Definisie, Formule, en Toepassings
'n paralelplaatkondensator is 'n toestel wat elektriese laai en energie in die vorm van 'n elektriese veld tussen twee geleidende plaatte kan stoor. Die plaatte word deur 'n klein afstand geskei en is verbonden aan 'n spanningsbron, soos 'n batterij. Die ruimte tussen die plaatte kan met lug, 'n vakuum, of 'n dielektriese materiaal gevul word, wat 'n isolator is wat deur 'n elektriese veld gepolariseer kan word.
Wat is 'n Paralelplaatkondensator?
'n Paralelplaatkondensator word gedefinieer as 'n skikking van twee metaalplaatte van gelyke oppervlak A en teenoorgestelde laai Q, geskei deur 'n afstand d. Die plaatte is verbonden aan 'n spanningsbron V, wat 'n elektriese potensiaal verskil tussen hulle skep. Die elektriese veld E tussen die plaatte is eenvormig en loodreg op die plaatte, soos in Figuur 1 aangedui.
Die elektriese veld E tussen die plaatte word gegee deur:
waar V die spanning oor die plaatte is, d die afstand tussen die plaatte, σ die oppervlaklaaddigtheid op elke plaat, en ϵ0 die permissiwiteit van vrye ruimte.
Die elektriese veld E veroorsaak 'n polarisasie P in die dielektriese materiaal, wat die dipoolmoment per eenheid volume van die materiaal is. Die polarisasie P verlaag die effektiewe elektriese veld E binne die dielektriek en verhoog die kapasitansie C van die kondensator.
Die kapasitansie C van 'n paralelplaatkondensator is die verhouding van die laai Q op elke plaat tot die spanning V oor die plaatte:
Die kapasitansie C hang af van die geometrie van die plaatte en die dielektriese materiaal tussen hulle. Vir 'n paralelplaatkondensator met lug of 'n vakuum tussen die plaatte, word die kapasitansie C gegee deur:
waar A die oppervlak van elke plaat is en d die afstand tussen die plaatte.
Vir 'n paralelplaatkondensator met 'n dielektriese materiaal tussen die plaatte, word die kapasitansie C gegee deur:
waar k die relatiewe permissiwiteit of dielektriese konstante van die materiaal is, wat 'n dimensielose grootheid is wat meet hoe maklik die materiaal deur 'n elektriese veld gepolariseer kan word.
Die relatiewe permissiwiteit k van 'n dielektriese materiaal is altyd groter as of gelyk aan 1. Hoe hoër die waarde van k, hoe meer laai kan op die kondensator gestoor word vir 'n gegewe spanning, en dus hoe hoër die kapasitansie.
Toepassings van Paralelplaatkondensators
Paralelplaatkondensators het baie toepassings in verskeie velde van wetenskap en ingenieurswese. Sommige daarvan is:
Filtering: Paralelplaatkondensators kan gebruik word om ongewenste frekwensies of geraas uit 'n elektriese sein te filter. Byvoorbeeld, hulle kan direkte stroom (DC) seine blokkeer en laat wisselstroom (AC) seine deurlaat. Hulle kan ook gebruik word om spanningfluktuasies in kragvoorsieninge glad te maak.
Tuning: Paralelplaatkondensators kan gebruik word om elektriese sirkels by 'n gewilde frekwensie te stem. Byvoorbeeld, hulle kan in radios, televisies, en ander kommunikasietoestelle gebruik word om 'n spesifieke kanal of frekwensieband te kies.
Sensing: Paralelplaatkondensators kan gebruik word om fisiese groothede soos druk, temperatuur, vochtigheid, verskuiving, ens. te meet. Byvoorbeeld, hulle kan in mikrofone, termometers, hygrometers, versnellingmetings, ens. gebruik word. Die kapasitansie van 'n paralelplaatkondensator verander met hierdie fisiese groothede as gevolg van veranderinge in die afstand tussen die plaatte of die dielektriese materiaal tussen hulle.
Energie-opslag: Paralelplaatkondensators kan gebruik word om elektriese energie in hul elektriese velde te stoor. Byvoorbeeld, hulle kan in flitsligte, kameras, defibrillators, ens. gebruik word. Die energie wat in 'n paralelplaatkondensator gestoor word, word gegee deur:
waar U die gestoorde energie in joule (J) is, C die kapasitansie in farad (F), en V die spanning in volt (V).
Opsom
