Párhuzamos lemezű kondenzátor: Definíció képlet és alkalmazások
A párhuzamos táblás kondenzátor egy olyan eszköz, amely elektromos töltést és energiát tárol egy elektromos mező formájában két vezető tábla között. A táblák kis távolságra vannak egymástól elhelyezve, és csatlakoztatva egy feszültség forrásra, például egy elemre. A táblák közötti térben lévő szabad helyet levegő, vákuum vagy dielektrikus anyag (amely elektromos mezővel polarizálható izolációs anyag) kitöltheti.
Mi a párhuzamos táblás kondenzátor?
A párhuzamos táblás kondenzátor definíciója két azonos területű (A) és ellentétes töltésű (Q) fémlemez elrendezése, amelyek d távolságra vannak egymástól. A lemezek csatlakoztatva vannak egy V feszültség forrásához, ami elektromos potenciál különbséget hoz létre közöttük. A lemezek közötti elektromos mező E egyenletes és merőleges a lemezekre, ahogy az ábra 1-ben látható.
A lemezek közötti elektromos mező E a következőképpen adódik:
ahol V a lemezek közötti feszültség, d a lemezek közötti távolság, σ a lemezen található felületi töltés sűrűsége, és ϵ0 a szabad tér permitivitása.
Az elektromos mező E indukál egy P polarizációt a dielektrikus anyagban, ami a anyag egység térfogata szerinti dipolmomente. A polarizáció P csökkenti a dielektrikus anyagban belüli hatásos elektromos mezőt E-et, és növeli a kondenzátor kapacitanciáját C-et.
A párhuzamos táblás kondenzátor kapacitanciája C a lemezek mindegyikén lévő Q töltés és a lemezek közötti V feszültség aránya:
A kapacitancia C függ a lemezek geometriájától és a közöttük lévő dielektrikus anyagtól. Egy légszerű vagy vakuummal teli párhuzamos táblás kondenzátor esetén a kapacitancia C a következőképpen adódik:
ahol A a lemezek területe, és d a lemezek közötti távolság.
Egy dielektrikus anyaggal teli párhuzamos táblás kondenzátor esetén a kapacitancia C a következőképpen adódik:
ahol k a anyag relatív permitivitása vagy dielektrikus konstansa, amely dimenziótlan mennyiség, amely méri, hogy milyen könnyen polarizálható az anyag elektromos mezővel.
A dielektrikus anyag relatív permitivitása k mindig nagyobb vagy egyenlő 1-gyel. Minél nagyobb a k értéke, annál több töltést tud tárolni a kondenzátor adott feszültség mellett, és így annál nagyobb a kapacitancia.
Párhuzamos táblás kondenzátorok alkalmazásai
A párhuzamos táblás kondenzátorok számos alkalmazása van a tudomány és mérnöki gyakorlat különböző területein. Néhány példa:
Szűrés: A párhuzamos táblás kondenzátorok használhatók arra, hogy kiszűrjék a nem kívánt frekvenciákat vagy zajokat egy elektromos jelből. Például, ők blokkolhatják a közvetlen áram (DC) jeleket, és engedhetnek át a váltakozó áram (AC) jeleket. Használhatóak továbbá a napajtókban az elektromos feszültség fluctuációinak simítására.
Hangolás: A párhuzamos táblás kondenzátorok használhatók arra, hogy elektronikus áramköröket hangolják egy kívánt frekvencián. Például, használhatóak rádiókban, televíziókban és más kommunikációs eszközökben, hogy kiválasztják egy adott csatornát vagy frekvencia sávot.
Érzékelés: A párhuzamos táblás kondenzátorok használhatók fizikai mennyiségek, mint nyomás, hőmérséklet, páratartalom, elmozdulás stb. érzékelésére. Például, használhatóak mikrofonokban, hőmérőkben, páratartalom-mérőkben, gyorsulásmérőkben stb. A párhuzamos táblás kondenzátor kapacitanciája változik ezekkel a fizikai mennyiségekkel a lemezek közötti távolság vagy a közöttük lévő dielektrikus anyag változása miatt.
Energia tárolás: A párhuzamos táblás kondenzátorok használhatók elektromos energiát tárolni az elektromos mezőjükben. Például, használhatóak villanykórókban, fényképezőgépekben, defibrillátorokban stb. A párhuzamos táblás kondenzátorban tárolt energia a következőképpen adódik:
ahol U a joule (J)-ben megadott tárolt energia, C a farad (F)-ban megadott kapacitancia, és V a volt (V)-ban megadott feszültség.
