Kapasitor Plano Paralelo: Definisyon Pormula at mga Pagkakamalapat

Ang parallel plate capacitor ay isang aparato na maaaring mag-imbak ng elektrikong kargamento at enerhiya sa anyo ng electric field sa pagitan ng dalawang konduktibong plato. Ang mga plato ay nahahati ng isang maliliit na distansya at konektado sa isang voltage source, tulad ng bateria. Ang espasyo sa pagitan ng mga plato ay maaaring punuan ng hangin, vacuum, o dielectric material, na isang insulator na maaaring polarizein ng electric field.

Ano ang Parallel Plate Capacitor?

Ang parallel plate capacitor ay inilalarawan bilang isang pagkakaayos ng dalawang metal na plato na may parehong area A at opposite charge Q, na nahahati ng isang distansiya d. Ang mga plato ay konektado sa isang voltage source V, na lumilikha ng electric potential difference sa pagitan nila. Ang electric field E sa pagitan ng mga plato ay uniform at perpendicular sa mga plato, tulad ng ipinapakita sa Figure 1.

Ang electric field E sa pagitan ng mga plato ay ibinibigay ng:

kung saan ang V ay ang voltage sa pagitan ng mga plato, ang d ay ang paghihiwalay sa pagitan ng mga plato, ang σ ay ang surface charge density sa bawat plato, at ang ϵ0 ay ang permittivity of free space.

Ang electric field E ay nagpapainduce ng polarization P sa dielectric material, na ang dipole moment per unit volume ng materyal. Ang polarization P ay nagsasabog ng effective electric field E sa loob ng dielectric at tumataas ang capacitance C ng capacitor.

Ang capacitance C ng parallel plate capacitor ay ang ratio ng charge Q sa bawat plato sa voltage V sa pagitan ng mga plato:

Ang capacitance C ay depende sa geometry ng mga plato at dielectric material sa pagitan nila. Para sa parallel plate capacitor na may hangin o vacuum sa pagitan ng mga plato, ang capacitance C ay ibinibigay ng:

kung saan ang A ay ang area ng bawat plato at ang d ay ang paghihiwalay sa pagitan ng mga plato.

Para sa parallel plate capacitor na may dielectric material sa pagitan ng mga plato, ang capacitance C ay ibinibigay ng:

kung saan ang k ay ang relative permittivity o dielectric constant ng materyal, na isang dimensionless quantity na sumusukat kung gaano kabilis ang materyal ay maaaring polarizein ng electric field.

Ang relative permittivity k ng dielectric material ay laging mas mataas o katumbas ng 1. Ang mas mataas na halaga ng k, ang mas maraming charge na maaaring imbakan sa capacitor para sa isang binigay na voltage, at kaya ang mas mataas na capacitance.

Mga Application ng Parallel Plate Capacitors

Ang parallel plate capacitors ay may maraming application sa iba't ibang larangan ng agham at inhinyeriya. Ilang halimbawa nito ay:

• Filtering: Maaaring gamitin ang parallel plate capacitors upang ilabas ang hindi kailangang frequencies o noise mula sa isang electrical signal. Halimbawa, maaari silang mag-block ng direct current (DC) signals at hahayaan ang alternating current (AC) signals na makapagdaan. Maaari rin silang gamitin upang pumutulin ng mga fluctuation ng voltage sa power supplies.

• Tuning: Maaaring gamitin ang parallel plate capacitors upang i-tune ang electrical circuits sa isang desired frequency. Halimbawa, maaari silang gamitin sa radios, televisions, at iba pang communication devices upang pumili ng isang specific channel o frequency band.

• Sensing: Maaaring gamitin ang parallel plate capacitors upang i-sense ang mga pisikal na quantities tulad ng pressure, temperature, humidity, displacement, etc. Halimbawa, maaari silang gamitin sa microphones, thermometers, hygrometers, accelerometers, etc. Ang capacitance ng parallel plate capacitor ay nagbabago dahil sa mga physical quantities dahil sa mga pagbabago sa distance sa pagitan ng mga plato o dielectric material sa pagitan nila.

• Energy storage: Maaaring gamitin ang parallel plate capacitors upang imbak ang electrical energy sa kanilang electric fields. Halimbawa, maaari silang gamitin sa flashlights, cameras, defibrillators, etc. Ang energy na iminom na parallel plate capacitor ay ibinibigay ng:

kung saan ang U ay ang energy na iminom sa joules (J), ang C ay ang capacitance sa farads (F), at ang V ay ang voltage sa volts (V).

Summary