Конденсатор с параллельными пластинами

Физика > Конденсатор с параллельными пластинами

 

Рассмотрите структуру и принцип работы конденсатора с параллельными пластинами. Читайте определение диэлектрика, конденсатора, потенциал заряда, уравнения.

Конденсатор с параллельными пластинами – две пластины, соединенные проводами и отделенные тонким пространством.

Задача обучения

• Определить максимальную сохраненную энергию в конденсаторе с параллельными пластинами.

Основные пункты

• Если пластины распределены по площади равномерно, то плотность заряда достигает , где ρ = Q/A.
• Если длина и ширина пластин превышает дистанцию, то вычислить электрическое поле можно по формуле E = ρ/ε.
• – используется для вычисления потенциала между пластинами.
• – можно вывести из предыдущей формулы, исправив условия для определения емкости.
• – подходит для максимально сохраняемой энергии в конденсаторе с параллельными пластинами.

Термины

• Конденсатор – электронная составляющая, способная сберегать электрический заряд.
• Диэлектрическая проницаемость – характеристика диэлектрической среды, определяющей силы, которые используют электрические заряды.
• Диэлектрик – изолирующий или непроводящий материал, рассматриваемый с позиции его электрической восприимчивости.

Речь идет о наиболее популярном типе конденсатора, который применяют в промышленности и академических условиях. Он состоит из двух пластин-проводников, соединенных проводами, но разделенных тонким пространством. Это может быть вакуум или диэлектрический материал.

Противоположные пластины удерживают противоположные заряды. Диэлектрик служит разделителем для зарядов и обеспечивает их переход между пластинами

Конденсатор служит накопителем зарядов. В разновидности с параллельными пластинами, одна из них накапливает положительные заряды, а вторая становится отрицательной.

Если предположим, что пластины на площади распределены равномерно, то плотность заряда достигает , где ρ = Q/A. Если длина и ширина пластин превышает дистанцию, то вычислить электрическое поле можно по формуле:

E = ρ/ε.

Потенциал заряда между пластинами можно определить по линейному интегралу электрического поля:

  (z – перпендикулярная пластинам ось). Благодаря упрощению и подстановке этот интеграл можно заменить на:

Не будем забывать, что емкость выступает фактором заряда и потенциала:

В итоге, емкость будет наибольшей в приборах с высоким уровнем диэлектрической проницаемости, большой площадью пластины и минимальным разделением.

Максимальная емкость, которую способен накопить конденсатор, можно вычислить по формуле:

---