Parallelplatekondensator: Definition, formel og anvendelser

En parallelt plade kondensator er en enhed, der kan gemme elektrisk ladning og energi i form af et elektrisk felt mellem to ledende plader. Pladerne er adskilt af en lille afstand og forbundet til en spænding kilde, såsom en batteri. Rummet mellem pladerne kan fyldes med luft, vakuum eller et dielektrisk materiale, som er en isolator, der kan polariseres af et elektrisk felt.

Hvad er en parallelt plade kondensator?

En parallelt plade kondensator defineres som en opsætning af to metalplader med samme areal A og modsatlad Q, adskilt af en afstand d. Pladerne er forbundet til en spændingskilde V, der skaber en elektrisk potentiel forskel mellem dem. Det elektriske felt E mellem pladerne er uniformt og vinkelret på pladerne, som vist på figur 1.

Det elektriske felt E mellem pladerne er givet ved:

hvor V er spændingen over pladerne, d er afstanden mellem pladerne, σ er overfladeladningsdensiteten på hver plade, og ϵ0 er permittiviteten af det tomme rum.

Det elektriske felt E inducerer en polarisering P i det dielektriske materiale, som er dipolmomentet pr. volumen af materialet. Polarisationen P reducerer det effektive elektriske felt E indeni det dielektriske materiale og øger kapacitancen C af kondensatoren.

Kapacitancen C af en parallelt plade kondensator er forholdet mellem ladningen Q på hver plade og spændingen V over pladerne:

Kapacitancen C afhænger af geometrien af pladerne og det dielektriske materiale mellem dem. For en parallelt plade kondensator med luft eller vakuum mellem pladerne, er kapacitancen C givet ved:

hvor A er arealet af hver plade og d er afstanden mellem pladerne.

For en parallelt plade kondensator med et dielektrisk materiale mellem pladerne, er kapacitancen C givet ved:

hvor k er den relative permittivitet eller dielektriske konstant for materialet, som er en dimensionløs størrelse, der måler, hvor let materialet kan polariseres af et elektrisk felt.

Den relative permittivitet k af et dielektrisk materiale er altid større end eller lig med 1. Jo højere værdien af k, jo mere ladning kan gemmes på kondensatoren for en given spænding, og dermed jo højere kapacitancen.

Anvendelser af parallelt plade kondensatorer

Parallelt plade kondensatorer har mange anvendelser i forskellige felter af videnskab og teknik. Nogle af dem er:

• Filtrering: Parallelt plade kondensatorer kan bruges til at filtrere uønskede frekvenser eller støj fra et elektrisk signal. For eksempel, kan de blokere direkte strøm (DC) signaler og tillade veksel strøm (AC) signaler at passere igennem. De kan også bruges til at jævne ud spændingsfluktuationer i strømforsyninger.

• Justering: Parallelt plade kondensatorer kan bruges til at justere elektriske kredsløb til at resonere på en ønsket frekvens. For eksempel, kan de bruges i radioer, fjernsyn og andre kommunikationsenheder til at vælge en bestemt kanal eller frekvensbånd.

• Måling: Parallelt plade kondensatorer kan bruges til at måle fysiske størrelser som tryk, temperatur, fugtighed, forskydning osv. For eksempel, kan de bruges i mikrofoner, termometer, hygrometer, accelerometer osv. Kapacitancen af en parallelt plade kondensator ændres på grund af disse fysiske størrelser pga. ændringer i afstanden mellem pladerne eller det dielektriske materiale mellem dem.

• Energiopbevaring: Parallelt plade kondensatorer kan bruges til at opbevare elektrisk energi i deres elektriske felt. For eksempel, kan de bruges i lommelygte, kameraer, defibrillatorer osv. Den opbevarede energi i en parallelt plade kondensator er givet ved:

hvor U er den opbevarede energi i joules (J), C er kapacitancen i farad (F), og V er spændingen i volt (V).

Sammenfatning