Χωρητικότητα ενός πυκνωτή παράλληλης πλάκας

Οι πυκνωτές παράλληλης πλάκας είναι πυκνωτές με ηλεκτρόδια και μονωτικό υλικό που είναι διατεταγμένοι σε παράλληλο (διηλεκτρικό) σχέδιο. Τα ηλεκτρόδια είναι δύο αγώγιμες πλάκες. Ενδιάμεσα υπάρχει ένα διηλεκτρικό. Για τα πιάτα, αυτό λειτουργεί ως διαχωριστικό.

Παράλληλη πλάκα

Οι δύο πλάκες του πυκνωτή παράλληλης πλάκας είναι παρόμοιες σε μέγεθος. Συνδέονται στο τροφοδοτικό. Η πλάκα είναι προσαρτημένη στον θετικό πόλο της μπαταρίας και δέχεται θετικό φορτίο. Η πλάκα είναι προσαρτημένη στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας και δέχεται αρνητικό φορτίο. Τα φορτία παγιδεύονται στις πλάκες πυκνωτών λόγω έλξης.

Αρχή του πυκνωτή παράλληλης πλάκας

Ένας πυκνωτής παράλληλης πλάκας αποτελείται από δύο παράλληλες αγώγιμες μεταλλικές πλάκες που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό υλικό τοποθετημένο στη μέση. Εάν υπάρχει μια καθορισμένη διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο πλακών,  δημιουργείται μια κατανομή ηλεκτροστατικού πεδίου μεταξύ των πλακών. Υπάρχει ομοιόμορφη κατανομή ηλεκτρικού πεδίου μεταξύ των δύο πλακών. Λόγω του φαινομένου της ακμής, οι γραμμές ηλεκτρικού πεδίου καμπυλώνονται και αποκλίνουν στην άκρη του πυκνωτή. Ο πυκνωτής παράλληλης πλάκας είναι ο απλούστερος πυκνωτής.

Χωρητικότητα

Η χωρητικότητα ορίζεται ως ο λόγος της μεταβολής του ηλεκτρικού φορτίου ενός συστήματος προς τη μεταβολή του ηλεκτρικού δυναμικού αυτού του φορτίου.

Οι αγώγιμες πλάκες έχουν κάποια φορτία q1 και q2 (γενικά όταν μια πλάκα έχει +q τότε η άλλη πλάκα έχει φορτίο -q). Το ηλεκτρικό πεδίο που βρίσκεται στην περιοχή μεταξύ των πλακών εξαρτάται από το φορτίο που δίνεται στις αγώγιμες πλάκες. Γνωρίζουμε επίσης ότι η διαφορά δυναμικού (V) είναι ανάλογη με το ηλεκτρικό πεδίο, οπότε συμπεραίνουμε ότι,

Q∝V

Q=CV

C=Q/V                  

Εδώ, 

Q =χρέωση 

V =δυνητική διαφορά

C =Χωρητικότητα

Ανάλογα με τη χρήση του πυκνωτή, η χωρητικότητα του πυκνωτή είναι σταθερή ή μεταβλητή. Από την εξίσωση της χωρητικότητας, βλέπουμε ότι το «C» εξαρτάται από το φορτίο και την τάση. Η χωρητικότητα εξαρτάται στην πραγματικότητα από το σχήμα και το μέγεθος του πυκνωτή και επίσης από τον μονωτή που χρησιμοποιείται μεταξύ των αγώγιμων πλακών.

Τυπικές μονάδες χωρητικότητας

Η τυπική μονάδα χωρητικότητας είναι το Farad. Αλλά το Farad είναι μια μεγάλη μονάδα για πρακτικούς σκοπούς. Επομένως, η χωρητικότητα μετριέται γενικά στις υπομονάδες των Farads όπως μικροφαράντ (μF) ή pico-farads (pF).

Οι περισσότερες ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές εφαρμογές καλύπτονται από τις ακόλουθες τυπικές μονάδες χωρητικότητας (SI) που κάνουν τους υπολογισμούς εύκολους.

1 mF (millifarad) =10-3F

1 F (μικροφαράντ) =10-6F

1 nF (nanofarad) =10-9F

1 pF (picofarad) =10-12F

Χωρητικότητα ενός πυκνωτή παράλληλης πλάκας

Ο πυκνωτής παράλληλης πλάκας έχει δύο παρόμοιες αγώγιμες πλάκες και αυτές οι δύο πλάκες έχουν εμβαδόν επιφάνειας A και η απόσταση μεταξύ τους είναι d. Το φορτίο Q αποθηκεύεται από τις πλάκες όταν εφαρμόζεται τάση V  στις πλάκες.

Η δύναμη μεταξύ των φορτίων αυξάνεται με τις τιμές φορτίου και μειώνεται με την απόσταση διαχωρισμού. Όταν οι πλάκες είναι μεγαλύτερες, αποθηκεύουν περισσότερο φορτίο. Επομένως, η τιμή του C είναι μεγαλύτερη για μια μεγάλη τιμή του Α. Όσο πιο κοντά είναι οι πλάκες, τόσο μεγαλύτερη είναι η έλξη των αντίθετων φορτίων πάνω τους. Επομένως, το C είναι μεγαλύτερο για μικρότερο d.

Χωρητικότητα ενός πυκνωτή παράλληλης πλάκας χωρίς διηλεκτρικό

Ο τύπος για την πυκνότητα φόρτισης στις πλάκες είναι

σ=Q/A

Εδώ, 

σ=Πυκνότητα φόρτισης

Q =χρέωση 

A =περιοχή

Όταν η απόσταση διαχωρισμού (d) είναι μικρή, το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των πλακών είναι ομοιόμορφο και το μέγεθος δίνεται ως

E=σ/Σ0

Όταν το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των πλακών γίνει ομοιόμορφο, τότε η διαφορά δυναμικού μεταξύ των πλακών είναι

Χωρητικότητα ενός πυκνωτή παράλληλης πλάκας με διηλεκτρικό γεμάτο μεταξύ των πλακών

Τα φορτία θωρακίζονται στις δύο πλάκες από τη μικρή διπολική ροπή του υλικού. Ως αποτέλεσμα αυτού, η επίδραση της διηλεκτρικής ουσίας είναι αλλαγές που τοποθετούνται μεταξύ των δύο πλακών. Η διαπερατότητα ενός υλικού αντιπροσωπεύεται από τη σχετική διαπερατότητα k.

Η χωρητικότητα της παράλληλης πλάκας όταν γεμίζεται διηλεκτρικό δίνεται ως

Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή παράλληλης πλάκας αυξάνεται βάζοντας ένα διηλεκτρικό μεταξύ των δύο πλακών και η τιμή της διαπερατότητας k είναι μεγαλύτερη από 1 (ένα).

Παράγοντες που επηρεάζουν τη χωρητικότητα

1. Η χωρητικότητα εξαρτάται από το σχήμα και το μέγεθος του αγωγού.

2. Η χωρητικότητα εξαρτάται επίσης από το μέσο μεταξύ των δύο αγωγών.

3. Η χωρητικότητα επηρεάζεται από την παρουσία άλλων αγωγών κοντά της.

Συμπέρασμα

Οι πυκνωτές παράλληλης πλάκας είναι πυκνωτές με ηλεκτρόδια και μονωτικό υλικό που είναι διατεταγμένοι σε παράλληλο (διηλεκτρικό) σχέδιο.

Η χωρητικότητα ορίζεται ως ο λόγος της μεταβολής του ηλεκτρικού φορτίου ενός συστήματος προς τη μεταβολή του ηλεκτρικού δυναμικού αυτού του φορτίου.

Η χωρητικότητα εξαρτάται στην πραγματικότητα από το σχήμα και το μέγεθος του πυκνωτή, καθώς και από τον μονωτή που χρησιμοποιείται μεταξύ των αγώγιμων πλακών.

Η τυπική μονάδα χωρητικότητας είναι το Farad.

Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή παράλληλης πλάκας χωρίς διηλεκτρικό δίνεται ως