Paralellplötuvöndur: Skilgreining, Formúla og Notkun
Paralellplötufjölskyldur er tæki sem getur geymt raforku og orku í formi af paralellplötufjölskylda. Þessi fjölskylda er byggð á tvær leitandi plötur sem eru aðeins skiptar með smá bilu. Plöturnar eru tengdar við rafspenna, eins og batery. Rýmið milli plötanna getur verið fullt af lofti, törfu eða dielektrískum efni, sem er eining sem getur verið polarisert af rafstraumi.
Hvað er paralellplötufjölskylda?
Paralellplötufjölskylda er skilgreind sem uppsetning af tveimur leitandi plötum með jafn stærð A og mótsögulegum raforku Q, skiptum með fjarlægð d. Plöturnar eru tengdar við rafspennu V, sem býr til rafþverstykki milli þeirra. Rafstraumurinn E milli plötanna er samhverfur og hornréttur við plöturnar, eins og sýnt er á Mynd 1.
Rafstraumurinn E milli plötanna er gefinn af:
þar sem V er spennan um plötur, d er fjarlægðin milli plötanna, σ er yfirborðsraforkudþéttleiki á hverri plöt og ϵ0 er fjölbúðarkraftur törfu.
Rafstraumurinn E virkar til að polarisera dielektrísk efni, sem er dipól moment per einingarmál efnsins. Polarisation P lækkar virkja rafstraum E innan dielektrísk efns og auksar fjölskyldukraft fjölskyldunnar C.
Fjölskyldukraft C paralellplötufjölskyldunnar er hlutfallið á raforku Q á hverri plöt og spennunni V um plötur:
Fjölskyldukraft C fer eftir formi plötanna og dielektrísku efni milli þeirra. Fyrir paralellplötufjölskyldu með loft eða törfu milli plötanna, er fjölskyldukraft C gefinn af:
þar sem A er flatarmál hverrar plötur og d er fjarlægðin milli plötanna.
Fyrir paralellplötufjölskyldu með dielektrísk efni milli plötanna, er fjölskyldukraft C gefinn af:
þar sem k er hagnýtt fjölbúðarkraft eða dielektrísk fasti efnsins, sem er ómælit stærð sem mælir hversu auðvelt efnið er að polarisera af rafstraumi.
Hagnýtt fjölbúðarkraft k dielektrísk efns er alltaf stærra en eða jafnt og 1. Hærra gildi k, því meiri raforku er hægt að geyma á fjölskyldu fyrir gefna spennu, og þannig hærra fjölskyldukraft.
Notkun paralellplötufjölskyldu
Paralellplötufjölskyldur hafa mörg notendur í ýmsum vísindasviðum og verkfræði. Sumar af þeim eru:
Sía: Paralellplötufjölskyldur geta verið notaðar til að síra óþarf frekvens eða brúðu úr rafstraumi. Til dæmis, geta þær blokkad beint strömun (DC) og leyft vexandi strömu (AC) að fara fram. Þær geta einnig verið notaðar til að jafna út spennuvirkjun í raforku.
Stilling: Paralellplötufjölskyldur geta verið notaðar til að stilla rafkerfi til að ganga á önsluðu frekvens. Til dæmis, geta þær verið notaðar í ráðum, sjónvarpum og annarum sameindar tækjum til að velja ákveðin kanal eða frekvensband.
Mæling: Paralellplötufjölskyldur geta verið notaðar til að mæla efnislegar magn eins og ofþröðun, hitastig, fukt, fjarlægð, o.s.frv. Til dæmis, geta þær verið notaðar í mikrofónum, hitamælingum, fuktamælingum, skyndunar-mælingum, o.s.frv. Fjölskyldukraft paralellplötufjölskyldu breytist með þessum efnislegum magn vegna breytinga á fjarlægðinni milli plötanna eða dielektrísku efni milli þeirra.
Orkugeyming: Paralellplötufjölskyldur geta verið notaðar til að geyma raforku í rafstraumum. Til dæmis, geta þær verið notaðar í ljósbirtum, myndavélar, defibrillatórum, o.s.frv. Orkun sem er geymd í paralellplötufjölskyldu er gefin af:
þar sem U er orka geymd í joules (J), C er fjölskyldukraft í farad (F), og V er spenna í volt (V).
Samantekt
