Паралельноконденсатор: визначення формула та застосування

Паралельний пластинчастий конденсатор — це пристрій, який може зберігати електричний заряд та енергію у вигляді електричного поля між двома провідними пластинами. Платини розділені невеликою відстанню і підключені до напруги, наприклад, батареї. Простір між платинами можна заповнити повітрям, вакуумом або діелектричним матеріалом, який є ізолятором, який можна поляризувати електричним полем.

Що таке паралельний пластинчастий конденсатор?

Паралельний пластинчастий конденсатор визначається як розташування двох металевих платин однакової площі A з протилежними зарядами Q, розділеними відстанню d. Платини підключені до джерела напруги V, яке створює електричний потенціал між ними. Електричне поле E між платинами є однорідним і перпендикулярним платинам, як показано на рисунку 1.

Електричне поле E між платинами визначається формулою:

де V — напруга між платинами, d — відстань між платинами, σ — поверхнева густина заряду на кожній пластині, а ϵ0 — пермітивність вологої простору.

Електричне поле E викликає поляризацію P в діелектричному матеріалі, яка є моментом диполю на одиницю об'єму матеріалу. Поляризація P зменшує ефективне електричне поле E всередині діелектрика та збільшує емкість C конденсатора.

Емкість C паралельного пластинчастого конденсатора — це відношення заряду Q на кожній пластині до напруги V між платинами:

Емкість C залежить від геометрії платин та діелектричного матеріалу між ними. Для паралельного пластинчастого конденсатора з повітрям або вакуумом між платинами емкість C визначається формулою:

де A — площа кожної платини, а d — відстань між платинами.

Для паралельного пластинчастого конденсатора з діелектричним матеріалом між платинами емкість C визначається формулою:

де k — відносна пермітивність або діелектрична стала матеріалу, яка є безрозмірною величиною, що вимірює, наскільки легко матеріал може бути поляризований електричним полем.

Відносна пермітивність k діелектричного матеріалу завжди більша або дорівнює 1. Чим вищі значення k, тим більше заряду можна зберегти на конденсаторі при заданій напрузі, і, таким чином, вища емкість.

Застосування паралельних пластинчатих конденсаторів

Паралельні пластинчасті конденсатори мають багато застосувань у різних галузях науки та інженерії. Деякі з них:

• Фільтрація: Паралельні пластинчасті конденсатори можуть бути використані для фільтрації небажаних частот або шумів з електричного сигналу. Наприклад, вони можуть блокувати пряме струм (DC) сигнали та дозволяти перемінний струм (AC) сигнали проходити. Вони також можуть бути використані для згладжування коливань напруги в живленні.

• Налаштування: Паралельні пластинчасті конденсатори можуть бути використані для налаштування електричних схем на резонанс у бажаній частоті. Наприклад, вони можуть бути використані в радіоприймачах, телевізорах та інших засобах зв'язку для вибору певного каналу або частотного діапазону.

• Сенсори: Паралельні пластинчасті конденсатори можуть бути використані для вимірювання фізичних величин, таких як тиск, температура, вологість, переміщення тощо. Наприклад, вони можуть бути використані в мікрофонах, термометрах, гігрометрах, акселерометрах тощо. Емкість паралельного пластинчастого конденсатора змінюється з цими фізичними величинами через зміни відстані між платинами або діелектричного матеріалу між ними.

• Збереження енергії: Паралельні пластинчасті конденсатори можуть бути використані для зберігання електричної енергії у своїх електричних полях. Наприклад, вони можуть бути використані у фонарях, камерах, дефібріляторах тощо. Енергія, збережена в паралельному пластинчастому конденсаторі, визначається формулою:

де U — збережена енергія в джоулях (J), C — емкість у фарадах (F), а V — напруга в вольтах (V).