Điện dung tấm song song: Định nghĩa Công thức và Ứng dụng

Một điện tụ hai bản là thiết bị có thể lưu trữ điện tích và năng lượng dưới dạng trường điện giữa hai bản dẫn điện. Các bản được cách nhau bởi một khoảng cách nhỏ và được kết nối với một nguồn điện áp, chẳng hạn như pin. Khoảng cách giữa các bản có thể được lấp đầy bằng không khí, chân không hoặc vật liệu điện môi, đó là chất cách điện có thể bị phân cực bởi trường điện.

Điện tụ hai bản là gì?

Điện tụ hai bản được định nghĩa là sự sắp xếp của hai bản kim loại có diện tích A và điện tích Q đối lập, cách nhau bởi một khoảng cách d. Các bản được kết nối với nguồn điện áp V, tạo ra một hiệu điện thế giữa chúng. Trường điện E giữa các bản là đều và vuông góc với các bản, như được hiển thị trong Hình 1.

Trường điện E giữa các bản được tính bằng:

trong đó V là điện áp giữa các bản, d là khoảng cách giữa các bản, σ là mật độ điện tích bề mặt trên mỗi bản, và ϵ0 là độ thấm điện của không gian tự do.

Trường điện E gây ra một phân cực P trong vật liệu điện môi, đó là momen dipole trên đơn vị thể tích của vật liệu. Phân cực P giảm hiệu quả trường điện E bên trong điện môi và tăng điện dung C của điện tụ.

Điện dung C của điện tụ hai bản là tỷ lệ giữa điện tích Q trên mỗi bản đến điện áp V giữa các bản:

Điện dung C phụ thuộc vào hình học của các bản và vật liệu điện môi giữa chúng. Đối với điện tụ hai bản có không khí hoặc chân không giữa các bản, điện dung C được tính bằng:

trong đó A là diện tích của mỗi bản và d là khoảng cách giữa các bản.

Đối với điện tụ hai bản có vật liệu điện môi giữa các bản, điện dung C được tính bằng:

trong đó k là độ thấm điện tương đối hoặc hằng số điện môi của vật liệu, là một đại lượng vô hướng đo mức độ dễ dàng mà vật liệu có thể bị phân cực bởi trường điện.

Độ thấm điện tương đối k của vật liệu điện môi luôn lớn hơn hoặc bằng 1. Giá trị k càng cao, điện tích có thể được lưu trữ trên điện tụ cho một điện áp nhất định càng nhiều, và do đó điện dung càng cao.

Ứng dụng của Điện tụ hai bản

Điện tụ hai bản có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác nhau. Một số ứng dụng bao gồm:

• Lọc: Điện tụ hai bản có thể được sử dụng để lọc tần số hoặc nhiễu không mong muốn từ tín hiệu điện. Chẳng hạn, chúng có thể chặn tín hiệu điện một chiều (DC) và cho phép tín hiệu điện xoay chiều (AC) đi qua. Chúng cũng có thể được sử dụng để làm phẳng dao động điện áp trong nguồn điện.

• Điều chỉnh: Điện tụ hai bản có thể được sử dụng để điều chỉnh mạch điện để cộng hưởng ở tần số mong muốn. Chẳng hạn, chúng có thể được sử dụng trong radio, truyền hình và các thiết bị thông tin liên lạc khác để chọn kênh hoặc dải tần số cụ thể.

• Cảm biến: Điện tụ hai bản có thể được sử dụng để cảm nhận các đại lượng vật lý như áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, vị trí, v.v. Chẳng hạn, chúng có thể được sử dụng trong micro, nhiệt kế, đồng hồ đo độ ẩm, gia tốc kế, v.v. Điện dung của điện tụ hai bản thay đổi theo các đại lượng vật lý này do thay đổi khoảng cách giữa các bản hoặc vật liệu điện môi giữa chúng.

• Lưu trữ năng lượng: Điện tụ hai bản có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng điện trong trường điện của chúng. Chẳng hạn, chúng có thể được sử dụng trong đèn pin, máy ảnh, máy khử rung, v.v. Năng lượng được lưu trữ trong điện tụ hai bản được tính bằng:

trong đó U là năng lượng được lưu trữ tính bằng joules (J), C là điện dung tính bằng farads (F), và V là điện áp tính bằng volts (V).

Tóm tắt

• Điện tụ hai bản là thiết bị có thể lưu trữ điện tích và năng lượng trong trường điện giữa hai bản dẫn điện cách nhau một khoảng cách.

• Điện dung của điện tụ hai bản tỷ lệ thuận với diện tích của mỗi bản và ngược lại tỷ lệ với khoảng cách giữa chúng. Nó còn phụ thuộc vào vật liệu điện môi giữa các bản, làm giảm hiệu quả trường điện và tăng điện dung.

• Điện tụ hai bản có nhiều ứng dụng trong việc lọc, điều chỉnh, cảm biến và lưu trữ năng lượng. Chúng có thể được sử dụng để chặn hoặc cho phép tần số cụ thể, chọn tần số mong muốn, đo lường các đại lượng vật lý và lưu trữ năng lượng điện.

Nguồn: Electrical4u.

Lời tuyên bố: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.