Kapasitor Plat Selari: Definisi Formula dan Aplikasi

Kapasitor plat selari adalah peranti yang boleh menyimpan muatan elektrik dan tenaga dalam bentuk medan elektrik antara dua plat konduktif. Plat-plat ini dipisahkan oleh jarak kecil dan disambungkan ke sumber voltan seperti bateri. Ruang antara plat-plat boleh diisi dengan udara, vakum, atau bahan dielektrik, yang merupakan insulator yang boleh dipolar oleh medan elektrik.

Apa itu Kapasitor Plat Selari?

Kapasitor plat selari didefinisikan sebagai susunan dua plat logam dengan luas A yang sama dan muatan Q yang berlawanan, dipisahkan oleh jarak d. Plat-plat ini disambungkan ke sumber voltan V, yang menciptakan perbezaan potensial elektrik antara mereka. Medan elektrik E antara plat-plat adalah seragam dan berserenjang dengan plat-plat, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1.

Medan elektrik E antara plat-plat diberikan oleh:

di mana V adalah voltan merentasi plat, d adalah pemisahan antara plat, σ adalah ketumpatan muatan permukaan pada setiap plat, dan ϵ0 adalah permissiviti ruang bebas.

Medan elektrik E membangkitkan polarisasi P dalam bahan dielektrik, yang merupakan momen dipol setiap unit isipadu bahan tersebut. Polarisasi P mengurangkan medan elektrik E yang berkesan di dalam dielektrik dan meningkatkan kapasitansi C kapasitor tersebut.

Kapasitansi C kapasitor plat selari adalah nisbah muatan Q pada setiap plat kepada voltan V merentasi plat:

Kapasitansi C bergantung pada geometri plat dan bahan dielektrik di antara mereka. Untuk kapasitor plat selari dengan udara atau vakum di antara plat, kapasitansi C diberikan oleh:

di mana A adalah luas setiap plat dan d adalah pemisahan antara plat.

Untuk kapasitor plat selari dengan bahan dielektrik di antara plat, kapasitansi C diberikan oleh:

di mana k adalah permissiviti relatif atau pemalar dielektrik bahan, yang merupakan kuantiti tanpa dimensi yang mengukur sejauh mana bahan tersebut boleh dipolar oleh medan elektrik.

Permissiviti relatif k bahan dielektrik sentiasa lebih besar atau sama dengan 1. Semakin tinggi nilai k, semakin banyak muatan yang boleh disimpan pada kapasitor untuk voltan tertentu, dan oleh itu kapasitansi yang lebih tinggi.

Aplikasi Kapasitor Plat Selari

Kapasitor plat selari mempunyai banyak aplikasi dalam pelbagai bidang sains dan kejuruteraan. Beberapa daripadanya adalah:

• Penapisan: Kapasitor plat selari boleh digunakan untuk menapis frekuensi atau bunyi yang tidak diinginkan dari isyarat elektrik. Sebagai contoh, ia boleh menghalang isyarat arus terus (DC) dan membolehkan isyarat arus ulang alik (AC) laluan. Ia juga boleh digunakan untuk meratakan fluktuasi voltan dalam bekalan kuasa.

• Penalaan: Kapasitor plat selari boleh digunakan untuk menala rangkaian elektrik agar beresonans pada frekuensi yang diinginkan. Sebagai contoh, ia boleh digunakan dalam radio, televisyen, dan peranti komunikasi lain untuk memilih saluran atau jalur frekuensi tertentu.

• Pendesan: Kapasitor plat selari boleh digunakan untuk mendesan kuantiti fizikal seperti tekanan, suhu, kelembapan, perpindahan, dll. Sebagai contoh, ia boleh digunakan dalam mikrofon, termometer, higrometer, accelerometer, dll. Kapasitansi kapasitor plat selari berubah dengan kuantiti fizikal ini kerana perubahan jarak antara plat atau bahan dielektrik di antara mereka.

• Penyimpanan tenaga: Kapasitor plat selari boleh digunakan untuk menyimpan tenaga elektrik dalam medan elektriknya. Sebagai contoh, ia boleh digunakan dalam lampu senter, kamera, defibrillator, dll. Tenaga yang disimpan dalam kapasitor plat selari diberikan oleh:

di mana U adalah tenaga yang disimpan dalam joules (J), C adalah kapasitansi dalam farads (F), dan V adalah voltan dalam volts (V).

Ringkasan

• Kapasitor plat selari adalah peranti yang boleh menyimpan muatan elektrik dan tenaga dalam medan elektrik antara dua plat konduktif yang dipisahkan oleh jarak.