Paralēlas plāksnes kondensators: Definīcija, formula un lietojums
Paralēlas plāksnes kondensators ir ierīce, kas var saglabāt elektrisku lādiņu un enerģiju formā paralēlas plāksnes kondensators, kas veidojas starp divām vadīgām plāksnēm. Plāksnes atrodas mazā attālumā viena no otras un tās ir savienotas ar spriegumu avotu, piemēram, bateriju. Starp plāksnēm var aizpildīt gaisu, vakuumu vai dielektriku, kas ir izolators, ko var polarizēt ar elektrisko lauku.
Kas ir paralēlas plāksnes kondensators?
Paralēlas plāksnes kondensators definēts kā divu metāla plāksņu apvienojums ar vienādu laukumu A un pretēju lādiņu Q, kas atrodas mazā attālumā d. Plāksnes ir savienotas ar sprieguma avotu V, kas starp tām veido elektrisko potenciālu atšķirību. Elektriskais lauks E starp plāksnēm ir vienmērīgs un perpendikulārs plāksnēm, kā redzams 1. attēlā.
Elektriskais lauks E starp plāksnēm ir aprakstīts ar:
kur V ir spriegums starp plāksnēm, d ir attālums starp plāksnēm, σ ir virsmas lādiņu blīvums uz katras plāksnes, un ϵ0 ir brīvā telpa dielektriskā konstante.
Elektriskais lauks E inducē polarizāciju P dielektrikā, kas ir dipolu moments vienības tilpumā materiālā. Polarizācija P samazina efektīvo elektrisko lauku E dielektrikā un palielina kondensatora kapacitance C.
Paralēlas plāksnes kondensatora kapacitance C ir lādiņa Q daudzuma attiecība pret spriegumu V starp plāksnēm:
Kapacitance C atkarīga no plāksņu ģeometrijas un dielektriska materiāla starp tām. Ja paralēlas plāksnes kondensatoram starp plāksnēm atrodas gaisa vai vakuum, kapacitance C ir aprēķināma pēc:
kur A ir katra plāksnes laukums, un d ir attālums starp plāksnēm.
Ja paralēlas plāksnes kondensatoram starp plāksnēm atrodas dielektrisks materiāls, kapacitance C ir aprēķināma pēc:
kur k ir relatīvā dielektriskā konstante vai dielektrika konstants, kas ir bezdimensionāls skaitlis, kas mēra, cik viegli materiālu var polarizēt ar elektrisko lauku.
Dielektriska materiāla relatīvā dielektriskā konstante k vienmēr ir lielāka vai vienāda ar 1. Jo lielāka k vērtība, jo vairāk lādiņu var saglabāt kondensatorā pie dotā sprieguma, un tādējādi lielāka kapacitance.
Paralēlas plāksnes kondensatoru lietojumi
Paralēlas plāksnes kondensatori ir plaši izmantoti dažādos zinātnes un inženierzinātņu jomās. Daži no tiem ir:
Filtrēšana: Paralēlas plāksnes kondensatori var izmantot, lai filtrētu nevēlamās frekvences vai troksni no elektriskā signāla. Piemēram, tie var bloķēt tiešo strāvu (DC) un ļaut alternāto strāvu (AC) šķirt cauri. Tie var arī izmantot, lai gludinātu sprieguma svārstības strāvas avotos.
Regulēšana: Paralēlas plāksnes kondensatori var izmantot, lai regulētu elektriskos shēmas, lai tās rezonētu ar vēlamo frekvenci. Piemēram, tos var izmantot raidītājos, televizoros un citos komunikācijas ierīcēs, lai atlasītu specifisku kanālu vai frekvenču joslu.
Mērīšana: Paralēlas plāksnes kondensatori var izmantot, lai mērītu fizikālus lielumus, piemēram, spiediena, temperatūras, mitruma, novietojuma utt. Piemēram, tos var izmantot mikrofonos, termometros, mitruma mērītājos, paātrinājuma mērītājos utt. Paralēlas plāksnes kondensatora kapacitance mainās ar šiem fizikālajiem lielumiem, tāpēc ka mainās plāksņu attālums vai dielektriskais materiāls starp tām.
Enerģijas krājējs: Paralēlas plāksnes kondensatori var izmantot, lai krājtu elektrisko enerģiju to elektriskajos laukiem. Piemēram, tos var izmantot flashlightos, fotoapparātos, defibrilātoros utt. Enerģija, kas saglabāta paralēlas plāksnes kondensatorā, ir aprēķināma pēc:
kur U ir saglabātā enerģija džeulēs (J), C ir kapacitance faradās (F), un V ir spriegums voltos (V).
Kopsavilkums
