Πυκνωτής παράλληλης πλάκας

Ο πυκνωτής παράλληλης πλάκας βοηθά στην κατανόηση του δυναμικού που αλλάζει ανάλογα με το φορτίο που περνά. Ο υπολογισμός του πυκνωτή παράλληλης πλάκας είναι απλός και επιλύσιμος. Πριν κατανοήσουμε τις βαθιές λειτουργίες, θα πρέπει να γνωρίζουμε λεπτομερώς τη σημασία του πυκνωτή παράλληλης πλάκας και τη σημασία του. Στη συνέχεια, μπορούμε να προσδιορίσουμε τον τύπο ενός πυκνωτή παράλληλης πλάκας.

Τι είναι ένας παράλληλος πυκνωτής πλάκας;

Οι πυκνωτές παράλληλης πλάκας έχουν ηλεκτρόδια και μονωτικό υλικό για να σχηματίσουν αλληλουχίες. Μπορεί να αποθηκεύσει μια πεπερασμένη, περιορισμένη ποσότητα ενέργειας. Εάν μια μπαταρία είναι συνδεδεμένη σε δύο παράλληλες πλάκες, οι πλάκες φορτίζονται και σχηματίζουν ηλεκτρικό πεδίο. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται πυκνωτής παράλληλης πλάκας.

Εάν παρέχεται περισσότερη φόρτιση μεταξύ των παράλληλων πλακών, τότε το δυναμικό θα αυξηθεί και θα παρέχει αμέσως διαρροή φορτίου. Και αν τοποθετήσουμε μια άλλη πλάκα δίπλα στη θετικά φορτισμένη πλάκα, τότε το αρνητικό φορτίο ρέει προς την κατεύθυνση της θετικά φορτισμένης πλάκας.

Δεδομένου ότι και οι δύο πλάκες έχουν φορτία, το αρνητικό φορτίο της πλάκας 2 μειώνει τη διαφορά δυναμικού στην πλάκα 1, ενώ το θετικό φορτίο της πλάκας 2 αυξάνει τη διαφορά δυναμικού στην πλάκα 1. Θα παρέχεται περισσότερη φόρτιση στην πλάκα 1 λόγω του αρνητικού φορτίου στην πλάκα 2. Έτσι, η διαφορά δυναμικού είναι μικρότερη στο πιάτο 2. 

Τύπος πυκνωτή παράλληλης πλάκας

Η κατεύθυνση του θετικού φορτίου δοκιμής ονομάζεται κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου. Η μεταβολή του ηλεκτρικού φορτίου ως προς το ηλεκτρικό δυναμικό ονομάζεται χωρητικότητα. Και η χωρητικότητα λειτουργεί ως σώμα για την αποθήκευση όλων των ηλεκτρικών φορτίων.

Θεωρήστε ότι ο πυκνωτής παράλληλης πλάκας αποτελείται από δύο πλάκες και η περιοχή είναι Α, η απόσταση μεταξύ των πλακών είναι "d".

Ο τύπος για τον προσδιορισμό του πυκνωτή παράλληλης πλάκας είναι 

C=kϵ0A/d

ϵo είναι η διαπερατότητα του χώρου, δηλαδή (8,854 × 10−12 F/m)

k είναι η σχετική διαπερατότητα 

Παραγωγή πυκνωτή παράλληλης πλάκας

Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει έναν παράλληλο πυκνωτή πλάκας. Έχει δύο μεγάλες πλάκες τοποθετημένες παράλληλα μεταξύ τους σε απόσταση «d».

Η απόσταση των πλακών είναι μικρότερη από την περιοχή της αγώγιμης πλάκας. Έτσι, ονομάζεται άπειρα επίπεδα φύλλα. Η πυκνότητα φόρτισης μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο

Για το πιάτο 1:

Ας διαχωρίσουμε τις περιοχές του πυκνωτή παράλληλης πλάκας για λόγους υπολογισμού,

Περιοχή 1 – η αριστερή περιοχή στην πλάκα 1

Περιοχή 2 – η περιοχή μεταξύ της πλάκας 1 και 2

Περιοχή 3 – Η δεξιά περιοχή της πλάκας 2

Υπολογισμός ηλεκτρικού πεδίου γύρω από πυκνωτή παράλληλης πλάκας:

Για την Περιοχή 1, το μέγεθος θα είναι το ίδιο λόγω των άπειρων επιπέδων φύλλων. Εφόσον η κατεύθυνση των επιπέδων φύλλων είναι τοποθετημένη το ένα απέναντι από το άλλο, το ηλεκτρικό πεδίο θα γίνει 0.

Για την περιοχή 2, το μέγεθος και η κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου είναι τα ίδια. Άρα, η εξίσωση θα είναι

Για την Περιοχή 3, το μέγεθος είναι το ίδιο με αυτό της περιοχής 1. Άρα το ηλεκτρικό πεδίο δημιουργείται λόγω των επίπεδων φύλλων που υπάρχουν σε αυτήν την περιοχή.

Εάν η κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου είναι από θετική προς αρνητική πλάκα και αν είναι ομοιόμορφη στη φύση, τότε η διαφορά δυναμικού υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την απόσταση που δημιουργείται μεταξύ των δύο πλακών σε σχέση με το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται.

Ας δούμε μερικά παραδείγματα για καλύτερη κατανόηση

Παράδειγμα 1

Ένας παράλληλος πυκνωτής πλάκας που διατηρείται στον αέρα έχει επιφάνεια 0,50 m2 και η απόσταση μεταξύ των πλακών 0,04 m. Υπολογίστε τον πυκνωτή παράλληλης πλάκας.

Λύση:

Δόθηκε:

Έκταση A =0,50 m2,

Απόσταση d =0,04 m,

σχετική διαπερατότητα k =1,

ϵo =8,854 × 10−12 F/m

Ο τύπος του πυκνωτή παράλληλης πλάκας:

C=kϵ0A/d

= 8,854×10−12 × 0,50 / 0,04

=4,427 x 10−12 / 0,04

Άρα, C =110,67 x 10−12 F

Παράδειγμα 2

Υπολογίστε την περιοχή του πυκνωτή παράλληλης πλάκας στον αέρα θεωρώντας την χωρητικότητα ως 25 nF και η απόσταση μεταξύ των πλακών είναι 0,04 m.

Λύση:

Δόθηκε:

Χωρητικότητα =25 nF,

Απόσταση d =0,04 m,

Σχετική διαπερατότητα k =1,

ϵo =8,854 × 10−12 F/m

Ο τύπος του πυκνωτή παράλληλης πλάκας 

C=kϵ0Ad

A=dCkϵ0

= 0,04 × 25×10−9 / 1×8,854×10−12

A =1 x10−9 / 8.854 ×10−12

Άρα, το εμβαδόν του πυκνωτή παράλληλης πλάκας είναι 112,94 m2.

Συμπέρασμα

Η χωρητικότητα της παράλληλης πλάκας εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των πλακών και της περιοχής. Ο μόνος πυκνωτής δεν μπορεί να αποθηκεύσει το υψηλό ηλεκτρικό φορτίο, επομένως χρειάζονται δύο παράλληλες πλάκες για την αποθήκευση μεγάλης ποσότητας ηλεκτρικού φορτίου. Οι πυκνωτές παράλληλης πλάκας χρησιμοποιούνται κυρίως σε τροφοδοτικά συνεχούς ρεύματος, βιομηχανίες αυτοκινήτων κ.λπ. Κάθε εφαρμογή έχει διάφορα πλεονεκτήματα και χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την χωρητικότητα. Ο υπολογισμός της χωρητικότητας δεν είναι παρά η μέτρηση της ικανότητας του πυκνωτή να αποθηκεύει ενέργεια με τη μορφή φορτίου. Ο πυκνωτής παράλληλης πλάκας χρησιμοποιείται κυρίως για την αποθήκευση μεγάλου όγκου ηλεκτρικού φορτίου. Ο μόνος πυκνωτής μπορεί να συγκρατήσει μόνο μερικές ποσότητες ηλεκτρικών φορτίων.

Αντίθετα, οι δύο παράλληλα τοποθετημένες πλάκες δημιουργούν ηλεκτρικό πεδίο όταν συνδέονται με την μπαταρία και αποθηκεύουν τεράστια ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου. Ο υπολογισμός και η σημασία της παράλληλης χωρητικότητας έχουν εξηγηθεί λεπτομερώς. Οι κυρίως παράλληλες πλάκες πυκνωτές jee σημειώσεις είναι διάσημες μεταξύ των μαθητών που προετοιμάστηκαν για εξετάσεις jee.