Parallellplattskondensator: Definition Formel och tillämpningar

En flata kondensator är en enhet som kan lagra elektrisk laddning och energi i form av ett elektriskt fält mellan två ledande plattor. Plattorna är separerade av en liten avstånd och är anslutna till en spänning, såsom en batteri. Rymden mellan plattorna kan fyllas med luft, vakuum eller en dielektrisk material, vilket är en isolator som kan polariseras av ett elektriskt fält.

Vad är en flata kondensator?

En flata kondensator definieras som en uppställning av två metallplattor med lika area A och motsatt laddning Q, separerade av ett avstånd d. Plattorna är anslutna till en spänningskälla V, vilket skapar en elektrisk potential skillnad mellan dem. Ett elektriskt fält E mellan plattorna är jämnt och vinkelrätt mot plattorna, som visas i figur 1.

Ett elektriskt fält E mellan plattorna ges av:

där V är spänningen över plattorna, d är avståndet mellan plattorna, σ är ytladdningsdensiteten på varje platta, och ϵ0 är permittiviteten för fria rummet.

Det elektriska fältet E inducerar en polarisation P i det dielektriska materialet, vilket är dipolmoment per volymenhetsmängd av materialet. Polarisationen P minskar det effektiva elektriska fältet E inuti det dielektriska materialet och ökar kapacitansen C av kondensatorn.

Kapacitansen C av en flata kondensator är kvoten mellan laddningen Q på varje platta och spänningen V över plattorna:

Kapacitansen C beror på geometrin av plattorna och det dielektriska materialet mellan dem. För en flata kondensator med luft eller vakuum mellan plattorna ges kapacitansen C av:

där A är arean av varje platta och d är avståndet mellan plattorna.

För en flata kondensator med ett dielektriskt material mellan plattorna ges kapacitansen C av:

där k är den relativa permittiviteten eller dielektriska konstanten för materialet, vilket är en dimensionslös storhet som mäter hur lätt materialet kan polariseras av ett elektriskt fält.

Den relativa permittiviteten k av ett dielektriskt material är alltid större än eller lika med 1. Ju högre värdet på k, desto mer laddning kan lagras på kondensatorn för en given spänning, och därför ju högre kapacitans.

Tillämpningar av flata kondensatorer

Flata kondensatorer har många tillämpningar inom olika områden av vetenskap och teknik. Några av dem är:

• Filtering: Flata kondensatorer kan användas för att filtrera bort oönskade frekvenser eller brus från ett elektriskt signal. Till exempel kan de blockera direktström (DC) signaler och tillåta alternerande ström (AC) signaler att passera genom. De kan också användas för att utjämna spänningsvariationer i strömkällor.

• Tuning: Flata kondensatorer kan användas för att justera elektriska kretsar för att resonera vid en önskad frekvens. Till exempel kan de användas i radioapparater, TV-apparater och andra kommunikationsenheter för att välja en specifik kanal eller frekvensband.

• Sensing: Flata kondensatorer kan användas för att mäta fysiska storheter som tryck, temperatur, fuktighet, förskjutning, etc. Till exempel kan de användas i mikrofoner, termometrar, hygrometer, accelerometer, etc. Kapacitansen hos en flata kondensator ändras med dessa fysiska storheter pga förändringar i avståndet mellan plattorna eller det dielektriska materialet mellan dem.

• Energilagring: Flata kondensatorer kan användas för att lagra elektrisk energi i deras elektriska fält. Till exempel kan de användas i ficklampor, kameror, defibrillator, etc. Energien som lagras i en flata kondensator ges av:

där U är den lagrade energin i joule (J), C är kapacitansen i farad (F), och V är spänningen i volt (V).

Sammanfattning

• En flata kondensator är en enhet som kan lagra elektrisk laddning och energi i ett elektriskt fält mellan två ledande plattor som är separerade av ett avstånd.

• Kapacitansen av en flata kondensator är proportionell mot arean av varje platta och inversproportionell mot avståndet mellan dem. Den beror också på det dielektriska materialet mellan plattorna, vilket minskar det effektiva elektriska fältet och ökar kapacitansen.