คอนเดนเซอร์แผ่นขนาน: บทนิยาม สูตร และการใช้งาน

A ตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนาน เป็นอุปกรณ์ที่สามารถเก็บประจุไฟฟ้าและพลังงานในรูปแบบของสนามไฟฟ้า ระหว่างแผ่นนำไฟฟ้าสองแผ่น แผ่นเหล่านี้ถูกแยกออกจากกันด้วยระยะทางเล็ก ๆ และเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้า เช่น แบตเตอรี่ ช่องว่างระหว่างแผ่นสามารถเติมด้วยอากาศ วัสดุฉนวน หรือสุญญากาศได้

ตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานคืออะไร?

ตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานถูกกำหนดเป็นการจัดเรียงของแผ่นโลหะสองแผ่นที่มีพื้นที่เท่ากัน A และประจุตรงข้าม Q ที่ถูกแยกออกจากกันด้วยระยะทาง d แผ่นเหล่านี้ถูกเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดแรงดัน V ซึ่งสร้างศักยภาพไฟฟ้า ระหว่างพวกเขา สนามไฟฟ้า E ระหว่างแผ่นจะสม่ำเสมอและตั้งฉากกับแผ่น ตามที่แสดงในรูปที่ 1

สนามไฟฟ้า E ระหว่างแผ่นกำหนดโดย:

เมื่อ V คือแรงดันระหว่างแผ่น d คือระยะห่างระหว่างแผ่น σ คือความหนาแน่นประจุผิวบนแต่ละแผ่น และ ϵ0 คือความชุกของสุญญากาศ.

สนามไฟฟ้า E ทำให้เกิดการขั้ว P ในวัสดุฉนวน ซึ่งเป็นโมเมนต์ดิโพลต่อหน่วยปริมาตรของวัสดุ การขั้ว P ลดสนามไฟฟ้า E ภายในฉนวนและเพิ่มความจุไฟฟ้า C ของตัวเก็บประจุ

ความจุไฟฟ้า C ของตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานคืออัตราส่วนของประจุ Q บนแต่ละแผ่นต่อแรงดัน V ระหว่างแผ่น:

ความจุไฟฟ้า C ขึ้นอยู่กับเรขาคณิตของแผ่นและวัสดุฉนวนระหว่างแผ่น สำหรับตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานที่มีอากาศหรือสุญญากาศระหว่างแผ่น ความจุไฟฟ้า C กำหนดโดย:

เมื่อ A คือพื้นที่ของแต่ละแผ่น และ d คือระยะห่างระหว่างแผ่น

สำหรับตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานที่มีวัสดุฉนวนระหว่างแผ่น ความจุไฟฟ้า C กำหนดโดย:

เมื่อ k คือความชุกสัมพัทธ์หรือค่าคงที่ฉนวนของวัสดุ ซึ่งเป็นปริมาณไร้มิติที่วัดว่าวัสดุสามารถขั้วได้ง่ายขนาดไหนจากสนามไฟฟ้า

ความชุกสัมพัทธ์ k ของวัสดุฉนวนมักจะมากกว่าหรือเท่ากับ 1 ค่า k ที่สูงขึ้น สามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้มากขึ้นสำหรับแรงดันที่กำหนด และทำให้ความจุไฟฟ้าสูงขึ้น

การใช้งานของตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนาน

ตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานมีการใช้งานในหลากหลายสาขาของวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม บางส่วนคือ:

• การกรอง: ตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานสามารถใช้ในการกรองความถี่หรือเสียงรบกวนออกจากสัญญาณไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น สามารถป้องกันสัญญาณกระแสตรง (DC) และอนุญาตให้สัญญาณกระแสสลับ (AC) ผ่านได้ สามารถใช้ในการปรับระดับแรงดันในแหล่งจ่ายไฟ

• การปรับแต่ง: ตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานสามารถใช้ในการปรับแต่งวงจรไฟฟ้าให้เกิดการสั่นสะเทือนที่ความถี่ที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น สามารถใช้ในวิทยุ โทรทัศน์ และอุปกรณ์สื่อสารอื่น ๆ เพื่อเลือกช่องหรือแถบความถี่เฉพาะ

• การตรวจจับ: ตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานสามารถใช้ในการตรวจจับปริมาณทางกายภาพ เช่น ความดัน อุณหภูมิ ความชื้น การกระจัด ฯลฯ ตัวอย่างเช่น สามารถใช้ในไมโครโฟน เทอร์โมมิเตอร์ ไฮโกรมิเตอร์ แอกเซเลอร์โอเมตร ฯลฯ ความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานเปลี่ยนแปลงตามปริมาณทางกายภาพเหล่านี้เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงระยะห่างระหว่างแผ่นหรือวัสดุฉนวนระหว่างแผ่น

• การเก็บพลังงาน: ตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานสามารถใช้ในการเก็บพลังงานไฟฟ้าในสนามไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น สามารถใช้ในแฟลชไลท์ กล้อง ดีฟิบริเลเตอร์ ฯลฯ พลังงานที่เก็บในตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานกำหนดโดย:

เมื่อ U คือพลังงานที่เก็บในหน่วยจูล (J) C คือความจุไฟฟ้าในฟารัด (F) และ V คือแรงดันในโวลต์ (V)

สรุป

ทิป