Paralelni kondenzator: Definicija formula i primjene
Paralelni kondenzator je uređaj koji može pohranjivati električni naboj i energiju u obliku električnog polja između dvije vodljive ploče. Ploče su razdvojene mali razmak i spojene na napon, poput baterije. Prostor između ploča može biti ispunjen zrakom, vakuumom ili dielektričnim materijalom, što je izolator koji se može polarizirati električnim poljem.
Što je paralelni kondenzator?
Paralelni kondenzator definira se kao raspored dvije metalne ploče jednakog površina A i suprotnog naboja Q, razdvojene udaljenošću d. Ploče su spojene na naponski izvor V, koji stvara električni potencijal razliku između njih. Električno polje E između ploča je uniformno i okomito na ploče, kao što je prikazano na slici 1.
Električno polje E između ploča daje se formulom:
gdje je V napon između ploča, d razmak između ploča, σ gustoća površinskog naboja na svakoj ploči, a ϵ0 permeabilnost slobodnog prostora.
Električno polje E inducira polarizaciju P u dielektričnom materijalu, što je dipolni moment po jedinici volumena materijala. Polarizacija P smanjuje efektivno električno polje E unutar dielektrika i povećava kapacitet C kondenzatora.
Kapacitet C paralelnog kondenzatora je omjer naboja Q na svakoj ploči i napona V između ploča:
Kapacitet C ovisi o geometriji ploča i dielektričnom materijalu između njih. Za paralelni kondenzator s zrakom ili vakuumom između ploča, kapacitet C daje se formulom:
gdje je A površina svake ploče, a d razmak između ploča.
Za paralelni kondenzator s dielektričnim materijalom između ploča, kapacitet C daje se formulom:
gdje je k relativna permeabilnost ili dielektrična konstanta materijala, koja je bezdimenzionalna veličina koja mjeri koliko lako se materijal može polarizirati električnim poljem.
Relativna permeabilnost k dielektričnog materijala uvijek je veća ili jednaka 1. Što je vrijednost k veća, to više naboja može biti pohranjeno na kondenzatoru za zadani napon, a time i veći je kapacitet.
Primjene paralelnih kondenzatora
Paralelni kondenzatori imaju mnoge primjene u različitim područjima znanosti i inženjerstva. Neki od njih su:
Filtriranje: Paralelni kondenzatori mogu se koristiti za filtriranje neželjenih frekvencija ili šuma iz električnog signala. Na primjer, mogu blokirati direktni strujni (DC) signale i dopustiti prolaženje alternirajuće struje (AC). Također se mogu koristiti za izglađivanje fluktuacija napona u napajanjima.
Tuniranje: Paralelni kondenzatori mogu se koristiti za tuniranje električnih krugova na rezonantnu frekvenciju. Na primjer, mogu se koristiti u radio i televizijskim uređajima za odabir specifičnog kanala ili frekvencijskog pojasa.
Senziranje: Paralelni kondenzatori mogu se koristiti za senziranje fizičkih količina, poput tlaka, temperature, vlage, pomaka itd. Na primjer, mogu se koristiti u mikrofonom, termometrima, higrometrima, akcelerometrima itd. Kapacitet paralelnog kondenzatora mijenja se s ovim fizičkim količinama zbog promjena u razmaku između ploča ili dielektričnom materijalu između njih.
Pohrana energije: Paralelni kondenzatori mogu se koristiti za pohranu električne energije u svojim električnim poljima. Na primjer, mogu se koristiti u bakljam, fotoaparaturi, defibrilatorima itd. Energija pohranjena u paralelnom kondenzatoru daje se formulom:
gdje je U pohranjena energija u džulovima (J), C kapacitet u faradima (F), a V napon u voltima (V).
Sažetak
