Паралелен плочен кондензатор: Дефиниция, формула и приложения
Паралелна плоча кондензатор е устройство, което може да съхранява електрически заряд и енергия във формата на паралелна плоча кондензатор електрическо поле между две проводиви плочи. Плочите са разделени на малко разстояние и са свързани към напруга източник, като батерия. Пространството между плочите може да бъде запълнено с въздух, вакуум или диелектричен материал, който е изолатор, който може да бъде поляризиран от електрическо поле.
Какво е паралелна плоча кондензатор?
Паралелна плоча кондензатор се дефинира като устройство, състоящо се от две метални плочи с равна площ A и обратен заряд Q, разделени на разстояние d. Плочите са свързани към напрегнат източник V, който създава електрически потенциал разлика между тях. Електрическото поле E между плочите е равномерно и перпендикулярно към плочите, както е показано на Фигура 1.
Електрическото поле E между плочите се дава от:
където V е напрегнатостта между плочите, d е разстоянието между плочите, σ е повърхностната плътност на заряда на всяка плоча, а ϵ0 е проникновимостта на свободното пространство.
Електрическото поле E индуктира поляризация P в диелектричния материал, която е диполен момент на единица обем на материала. Поляризацията P намалява ефективното електрическо поле E в диелектрика и увеличава емитентността C на кондензатора.
Емитентността C на паралелна плоча кондензатор е отношението на заряда Q на всяка плоча към напрегнатостта V между плочите:
Емитентността C зависи от геометрията на плочите и диелектричния материал между тях. За паралелна плоча кондензатор с въздух или вакуум между плочите, емитентността C се дава от:
където A е площта на всяка плоча и d е разстоянието между плочите.
За паралелна плоча кондензатор с диелектричен материал между плочите, емитентността C се дава от:
където k е относителната проникновимост или диелектричната константа на материала, която е безразмерна величина, която измерва колко лесно материала може да бъде поляризиран от електрическо поле.
Относителната проникновимост k на диелектричния материал винаги е по-голяма или равна на 1. Колкото по-висока е стойността на k, толкова повече заряд може да бъде съхранен в кондензатора при зададена напрегнатост, и следователно по-висока е емитентността.
Приложения на паралелните плочи кондензатори
Паралелните плочи кондензатори имат много приложения в различни области на науката и инженерството. Някои от тях са:
Филтриране: Паралелните плочи кондензатори могат да се използват за филтриране на нежелани честоти или шум от електрически сигнал. Например, те могат да блокират постоянен ток (DC) и да позволят чередащ ток (AC) да премине. Те могат също да се използват за изравняване на колебанията на напрегнатостта в преобразувачите на напрегнатост.
Настройка: Паралелните плочи кондензатори могат да се използват за настройка на електрически цепи, за да резонират на желана честота. Например, те могат да се използват в радиоприемници, телевизори и други комуникационни устройства, за да се избере конкретен канал или честотен диапазон.
Измерване: Паралелните плочи кондензатори могат да се използват за измерване на физически величини, като налягане, температура, влажност, разместване и т.н. Например, те могат да се използват в микрофони, термометри, хигрометри, акселерометри и т.н. Емитентността на паралелните плочи кондензатори се изменя с тези физически величини поради изменения в разстоянието между плочите или диелектричния материал между тях.
Съхранение на енергия: Паралелните плочи кондензатори могат да се използват за съхранение на електрическа енергия в техните електрически полета. Например, те могат да се използват в фенери, камери, дефибрилатори и т.н. Енергията, съхранена в паралелна плоча кондензатор, се дава от:
където U е съхранената енергия в джаули (J), C е емитентността в фаради (F), а V е напрегнатостта в волтове (V).
