کندانسور صفحهای موازی: تعریف، فرمول و کاربردها
کاپاسیتور صفحهای موازی یک دستگاه است که میتواند بار الکتریکی و انرژی را به شکل یک میدان الکتریکی بین دو صفحه هادی ذخیره کند. این صفحات با فاصله کوچکی از هم جدا شدهاند و به یک ولتاژ مانند باتری متصل شدهاند. فضای بین صفحات میتواند با هوا، خلأ یا یک ماده دی الکتریک پر شود که یک عایق است که توسط یک میدان الکتریکی قطبی میشود.
کاپاسیتور صفحهای موازی چیست؟
کاپاسیتور صفحهای موازی به عنوان یک ترتیب از دو صفحه فلزی با مساحت مساوی A و بار مخالف Q، که با فاصله d از هم جدا شدهاند، تعریف میشود. صفحات به یک منبع ولتاژ V متصل شدهاند که یک پتانسیل الکتریکی متفاوت بین آنها ایجاد میکند. میدان الکتریکی E بین صفحات یکنواخت و عمود بر صفحات است، همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است.
میدان الکتریکی E بین صفحات به صورت زیر محاسبه میشود:
که در آن V ولتاژ بین صفحات، d فاصله بین صفحات، σ چگالی بار سطحی روی هر صفحه و ϵ0 پرمیتیویی فضای خالی است.
میدان الکتریکی E یک قطبش P در ماده دی الکتریک القاء میکند، که گشتاور دوقطبی واحد حجم ماده است. قطبش P میدان الکتریکی مؤثر داخل دی الکتریک را کاهش میدهد و ظرفیت C کاپاسیتور را افزایش میدهد.
ظرفیت C یک کاپاسیتور صفحهای موازی نسبت بار Q روی هر صفحه به ولتاژ V بین صفحات است:
ظرفیت C به هندسه صفحات و ماده دی الکتریک بین آنها بستگی دارد. برای یک کاپاسیتور صفحهای موازی با هوا یا خلأ بین صفحات، ظرفیت C به صورت زیر محاسبه میشود:
که در آن A مساحت هر صفحه و d فاصله بین صفحات است.
برای یک کاپاسیتور صفحهای موازی با یک ماده دی الکتریک بین صفحات، ظرفیت C به صورت زیر محاسبه میشود:
که در آن k پرمیتیویی نسبی یا ثابت دی الکتریک ماده است، که یک کمیت بدون بعد است که اندازهگیری میکند که چقدر ماده میتواند توسط یک میدان الکتریکی قطبی شود.
پرمیتیویی نسبی k یک ماده دی الکتریک همیشه برابر یا بیشتر از ۱ است. هرچه مقدار k بیشتر باشد، بیشتر بار میتواند روی کاپاسیتور برای یک ولتاژ مشخص ذخیره شود و بنابراین ظرفیت بیشتر خواهد بود.
کاربردهای کاپاسیتور صفحهای موازی
کاپاسیتورهای صفحهای موازی کاربردهای زیادی در زمینههای مختلف علمی و مهندسی دارند. برخی از آنها عبارتند از:
فیلترینگ: کاپاسیتورهای صفحهای موازی میتوانند برای فیلتر کردن فرکانسهای نامطلوب یا نویز از یک سیگنال الکتریکی استفاده شوند. برای مثال، آنها میتوانند سیگنالهای مستقیم (DC) را مسدود کرده و سیگنالهای متناوب (AC) را عبور دهند. آنها همچنین میتوانند نوسانات ولتاژ در منابع تغذیه را هموار کنند.
تیونینگ: کاپاسیتورهای صفحهای موازی میتوانند برای تنظیم مدارهای الکتریکی به یک فرکانس مورد نظر استفاده شوند. برای مثال، آنها میتوانند در رادیوها، تلویزیونها و دیگر دستگاههای ارتباطی برای انتخاب یک کانال یا باند فرکانسی خاص استفاده شوند.
سنجش: کاپاسیتورهای صفحهای موازی میتوانند برای سنجش کمیتهای فیزیکی مانند فشار، دما، رطوبت، جابجایی و غیره استفاده شوند. برای مثال، آنها میتوانند در میکروفونها، ترمومترها، هیگرومتها، آکسلرومترها و غیره استفاده شوند. ظرفیت یک کاپاسیتور صفحهای موازی با این کمیتهای فیزیکی به دلیل تغییر فاصله بین صفحات یا ماده دی الکتریک بین آنها تغییر میکند.
ذخیرهسازی انرژی: کاپاسیتورهای صفحهای موازی میتوانند برای ذخیره انرژی الکتریکی در میدانهای الکتریکی خود استفاده شوند. برای مثال، آنها میتوانند در فلاشها، دوربینها، دفیبریلاتورها و غیره استفاده شوند. انرژی ذخیره شده در یک کاپاسیتور صفحهای موازی به صورت زیر محاسبه میشود:
که در آن U انرژی ذخیره شده در ژول (J)، C ظرفیت در فاراد (F) و V ولتاژ در ولت (V) است.
