Paralelni kondenzator: Definicija formula i primene

Kondenzator sa paralelnim pločama je uređaj koji može čuvati električni naboj i energiju u obliku električnog polja između dve vodljive ploče. Ploče su razdvojene malom udaljenošću i spojene na napon, kao što je baterija. Prostora između ploča može biti ispunjen vazduhom, vakuumom ili dielektričnim materijalom, koji je izolator koji se može polarizovati pod dejstvom električnog polja.

Šta je kondenzator sa paralelnim pločama?

Kondenzator sa paralelnim pločama definisan je kao raspored dve metalne ploče jednakog površina A i suprotnog naboja Q, razdvojene rastojanjem d. Ploče su spojene na napon V, koji stvara električni potencijal između njih. Električno polje E između ploča je uniformno i okomito na ploče, kako je prikazano na Slici 1.

Električno polje E između ploča dato je sa:

gde je V napon između ploča, d rastojanje između ploča, σ gustoća površinskog naboja na svakoj ploči, a ϵ0 je permeabilnost slobodnog prostora.

Električno polje E indukuje polarizaciju P u dielektričnom materijalu, koja je dipolni moment po jedinici zapremine materijala. Polarizacija P smanjuje efektivno električno polje E unutar dielektrika i povećava kapacitet C kondenzatora.

Kapacitet C kondenzatora sa paralelnim pločama je odnos naboja Q na svakoj ploči i napona V između ploča:

Kapacitet C zavisi od geometrije ploča i dielektričnog materijala između njih. Za kondenzator sa paralelnim pločama sa vazduhom ili vakuumom između ploča, kapacitet C dat je sa:

gde je A površina svake ploče i d rastojanje između ploča.

Za kondenzator sa paralelnim pločama sa dielektričnim materijalom između ploča, kapacitet C dat je sa:

gde je k relativna permeabilnost ili dielektrična konstanta materijala, koja je bezdimenzioni broj koji meri koliko lako se materijal može polarizovati pod dejstvom električnog polja.

Relativna permeabilnost k dielektričnog materijala je uvek veća ili jednaka 1. Što je veća vrednost k, to više naboja može biti sačuvano na kondenzatoru za dati napon, i time veći je kapacitet.

Primene kondenzatora sa paralelnim pločama

Kondenzatori sa paralelnim pločama imaju mnoge primene u različitim oblastima nauke i inženjerstva. Neki od njih su:

• Filtriranje: Kondenzatori sa paralelnim pločama mogu se koristiti da filtriraju neželjene frekvencije ili šum iz električnog signala. Na primer, oni mogu blokirati direktni strujni tok (DC) signale i dozvoliti prolaženje alternativnih strujnih tokova (AC). Takođe se mogu koristiti za izgladjivanje fluktuacija napona u napajanjima.

• Usklađivanje: Kondenzatori sa paralelnim pločama mogu se koristiti da usklade električne krugove na željenu frekvenciju. Na primer, mogu se koristiti u radio aparatima, televizorima i drugim komunikacionim uređajima da bi se selektovao specifičan kanal ili frekvencijski opseg.

• Senziranje: Kondenzatori sa paralelnim pločama mogu se koristiti da senziraju fizičke veličine poput pritiska, temperature, vlage, pomera, itd. Na primer, mogu se koristiti u mikrofonima, termometrima, higrometrima, akcelerometrima, itd. Kapacitet kondenzatora sa paralelnim pločama menja se sa ovim fizičkim veličinama zbog promena u rastojanju između ploča ili dielektričnog materijala između njih.

• Čuvanje energije: Kondenzatori sa paralelnim pločama mogu se koristiti za čuvanje električne energije u svojim električnim poljima. Na primer, mogu se koristiti u baklji, fotoaparaturi, defibrilatorima, itd. Energija sačuvana u kondenzatoru sa paralelnim pločama data je sa:

gde je U sačuvana energija u džulima (J), C kapacitet u faradima (F), a V napon u voltima (V).

Sažetak