Kondensator płaskowy: Definicja Formuła i Zastosowania

Kondensator płaski to urządzenie, które może przechowywać ładunek elektryczny i energię w formie pola elektrycznego między dwoma przewodzącymi płytami. Płyty są oddzielone małą odległością i podłączone do źródła napięcia, takiego jak bateria. Przestrzeń między płytami może być wypełniona powietrzem, próżnią lub materiałem dielektrycznym, który jest izolatorem, który można zapolaryzować polem elektrycznym.

Co to jest kondensator płaski?

Kondensator płaski definiuje się jako układ dwóch metalowych płyt o równej powierzchni A i przeciwstawnych ładunkach Q, oddzielonych odległością d. Płyty są podłączone do źródła napięcia V, co tworzy potencjał elektryczny między nimi. Pole elektryczne E między płytami jest jednorodne i prostopadłe do płyt, jak pokazano na Rysunku 1.

Pole elektryczne E między płytami wyraża się wzorem:

gdzie V to napięcie między płytami, d to odległość między płytami, σ to gęstość ładunku na każdej płycie, a ϵ0 to przenikalność elektryczna próżni.

Pole elektryczne E indukuje polaryzację P w materiale dielektrycznym, która jest momentem dipolowym na jednostkę objętości materiału. Polaryzacja P zmniejsza skuteczne pole elektryczne E wewnątrz dielektryka i zwiększa pojemność C kondensatora.

Pojemność C kondensatora płaskiego to stosunek ładunku Q na każdej płycie do napięcia V między płytami:

Pojemność C zależy od geometrii płyt i materiału dielektrycznego między nimi. Dla kondensatora płaskiego z powietrzem lub próżnią między płytami, pojemność C wyraża się wzorem:

gdzie A to powierzchnia każdej płyty, a d to odległość między płytami.

Dla kondensatora płaskiego z materiałem dielektrycznym między płytami, pojemność C wyraża się wzorem:

gdzie k to względna przenikalność elektryczna lub stała dielektryczna materiału, która jest bezwymiarową wielkością mierzącą, jak łatwo materiał może być zapolaryzowany przez pole elektryczne.

Względna przenikalność elektryczna k materiału dielektrycznego jest zawsze większa lub równa 1. Im wyższa wartość k, tym więcej ładunku można przechować w kondensatorze dla danego napięcia, a więc tym wyższa pojemność.

Zastosowania kondensatorów płaskich

Kondensatory płaskie mają wiele zastosowań w różnych dziedzinach nauki i inżynierii. Niektóre z nich to:

• Filtrowanie: Kondensatory płaskie mogą być używane do filtrowania niepożądanych częstotliwości lub zakłóceń w sygnale elektrycznym. Na przykład, mogą blokować bezpośrednie prądy (DC) i pozwalać na przepływ prądy przemiennego (AC). Mogą również służyć do wygładzania fluktuacji napięcia w zasilaczach.

• Tuning: Kondensatory płaskie mogą być używane do strojenia obwodów elektrycznych do rezonansu na pożądaną częstotliwość. Na przykład, mogą być używane w radiach, telewizorach i innych urządzeniach komunikacyjnych do wyboru określonego kanału lub pasma częstotliwości.

• Czujniki: Kondensatory płaskie mogą być używane do pomiaru fizycznych wielkości, takich jak ciśnienie, temperatura, wilgotność, przemieszczenie itp. Na przykład, mogą być używane w mikrofonach, termometrach, higrometrach, akcelerometrach itp. Pojemność kondensatora płaskiego zmienia się w zależności od tych fizycznych wielkości, ze względu na zmiany odległości między płytami lub materiałem dielektrycznym między nimi.

• Przechowywanie energii: Kondensatory płaskie mogą być używane do przechowywania energii elektrycznej w ich polach elektrycznych. Na przykład, mogą być używane w latarkach, aparatach fotograficznych, defibrylatorach itp. Energia przechowywana w kondensatorze płaskim wyraża się wzorem:

gdzie U to przechowywana energia w dżulach (J), C to pojemność w faradach (F), a V to napięcie w woltach (V).

Podsumowanie

• Kondensator płaski to urządzenie, które może przechowywać ładunek elektryczny i energię w polu elektrycznym między dwoma przewodzącymi płytami oddzielonymi odległością.

• Pojemność kondensatora płaskiego jest proporcjonalna do powierzchni każdej płyty i odwrotnie proporcjonalna do odległości między nimi. Zależy też od materiału dielektrycznego między płytami, który zmniejsza skuteczne pole elektryczne i zwiększa pojemność.

• Kondensatory płaskie mają wiele zastosowań w filtrowaniu, strojeniu, czujnikach i przechowywaniu energii. Mogą być używane do blokowania lub przepuszczania określonych częstotliwości, wyboru pożądanej częstotliwości, pomiaru fizycznych wielkości oraz przechowywania energii elektrycznej.

Źródło: Electrical4u.

Oświadczenie: Szacunek dla oryginału, dobre artykuły są warte udostępniania, jeśli występuje naruszenie praw autorskich, prosimy o kontakt w celu usunięcia.