Condensador de Placas Paral·leles: Definició, Fórmula i Aplicacions
Un capacitor de plaques paral·leles és un dispositiu que pot emmagatzemar càrrega elèctrica i energia en forma d'camp elèctric entre dues plaques conductores. Les plaques estan separades per una petita distància i connectades a una tensió elèctrica, com ara una bateria. L'espai entre les plaques es pot omplir d'aire, un buit o un material dielèctric, que és un aïllant que es pot polaritzar per un camp elèctric.
Què és un capacitor de plaques paral·leles?
Un capacitor de plaques paral·leles es defineix com una disposició de dues plaques metàl·liques d'àrea igual A i càrrega Q oposada, separades per una distància d. Les plaques estan connectades a una font de tensió V, la qual crea una diferència de potencial elèctric entre elles. El camp elèctric E entre les plaques és uniforme i perpendicular a les plaques, com es mostra a la Figura 1.
El camp elèctric E entre les plaques es dóna per:
on V és la tensió entre les plaques, d és la separació entre les plaques, σ és la densitat superficial de càrrega en cada placa, i ϵ0 és la permisivitat del buit.
El camp elèctric E induix una polarització P en el material dielèctric, que és el moment dipòlic per unitat de volum del material. La polarització P redueix el camp elèctric efectiu E dins del dielèctric i augmenta la capacitància C del capacitor.
La capacitància C d'un capacitor de plaques paral·leles és la raó entre la càrrega Q en cada placa i la tensió V entre les plaques:
La capacitància C depèn de la geometria de les plaques i del material dielèctric entre elles. Per a un capacitor de plaques paral·leles amb aire o buit entre les plaques, la capacitància C es dóna per:
on A és l'àrea de cada placa i d és la separació entre les plaques.
Per a un capacitor de plaques paral·leles amb un material dielèctric entre les plaques, la capacitància C es dóna per:
on k és la permisivitat relativa o constant dielèctrica del material, que és una quantitat adimensional que mesura quin tan fàcilment es pot polaritzar el material per un camp elèctric.
La permisivitat relativa k d'un material dielèctric és sempre major o igual a 1. Quan més gran sigui el valor de k, més càrrega es pot emmagatzemar en el capacitor per a una tensió donada, i per tant, més gran serà la capacitància.
Aplicacions dels capacitors de plaques paral·leles
Els capacitors de plaques paral·leles tenen moltes aplicacions en diversos camps de la ciència i l'enginyeria. Algunes d'elles són:
Filtratge: Els capacitors de plaques paral·leles es poden utilitzar per filtrar freqüències o sorolls no desitjats d'un senyal elèctric. Per exemple, poden bloquejar els senyals de corrent directa (CD) i permetre el pas de corrent alternada (CA). També es poden utilitzar per suavitzar les fluctuacions de tensió en fonts d'alimentació.
Sintonia: Els capacitors de plaques paral·leles es poden utilitzar per sintonitzar circuits elèctrics a una freqüència desitjada. Per exemple, es poden utilitzar en radis, televisions i altres dispositius de comunicació per seleccionar un canal o banda de freqüències específica.
Sensorització: Els capacitors de plaques paral·leles es poden utilitzar per mesurar quantitats físiques com la pressió, la temperatura, l'humitat, el desplaçament, etc. Per exemple, es poden utilitzar en microfons, termòmetres, higròmetres, acceleròmetres, etc. La capacitància d'un capacitor de plaques paral·leles canvia amb aquestes quantitats físiques degut a canvis en la distància entre les plaques o en el material dielèctric entre elles.
Emmagatzematge d'energia: Els capacitors de plaques paral·leles es poden utilitzar per emmagatzemar energia elèctrica en els seus camps elèctrics. Per exemple, es poden utilitzar en llanternes, càmeres, desfibril·ladors, etc. L'energia emmagatzemada en un capacitor de plaques paral·leles es dóna per:
on U és l'energia emmagatzemada en joules (J), C és la capacitància en farads (F), i V és la tensió en volts (V).
Resum
Un capacitor de plaques paral·leles és un dispositiu que pot emmagatzemar càrrega elèctrica i energia en un camp elèctric entre dues plaques conductores separades per una distància.
