อะไรเป็นตัวกำหนดความจุของตัวเก็บประจุ?

ตัวเก็บประจุได้รับการออกแบบมาสำหรับเก็บพลังงานไฟฟ้าชั่วคราวในรูปแบบของพลังงานศักย์ซึ่งแบ่งออกเป็นประจุไฟฟ้าบวกและลบในอวกาศนั่นคือในรูปของสนามไฟฟ้าในช่องว่างระหว่างพวกมัน ดังนั้นตัวเก็บประจุไฟฟ้าจึงประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสามส่วน: แผ่นตัวนำสองแผ่นซึ่งมีประจุแยกต่างหากอยู่ในตัวเก็บประจุประจุและชั้นอิเล็กทริกที่อยู่ระหว่างแผ่น

แผ่นตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับประเภทของผลิตภัณฑ์ไฟฟ้านี้ สามารถทำได้หลายวิธี ตั้งแต่แผ่นอะลูมิเนียมธรรมดาที่พันเป็นม้วนด้วยกระดาษคั่น ไปจนถึงแผ่นออกซิไดซ์ทางเคมีหรือชั้นอิเล็กทริกที่เคลือบด้วยโลหะ ไม่ว่าในกรณีใดมีชั้นของอิเล็กทริกและแผ่นซึ่งยึดแน่นระหว่างชั้น - นี่คือตัวเก็บประจุ

ไดอิเล็กตริกอาจเป็นกระดาษ ไมกา โพลีโพรพิลีน แทนทาลัม หรือวัสดุฉนวนไฟฟ้าที่เหมาะสมอื่นๆ โดยมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและความแข็งแรงทางไฟฟ้าที่ต้องการ

อย่างที่คุณทราบ พลังงานของประจุไฟฟ้าที่แยกออกจากกันในอวกาศจะเท่ากับผลคูณของจำนวนประจุ Q ที่แทนที่ (จากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง) โดยความต่างศักย์ระหว่างวัตถุที่มีประจุ U

ดังนั้นพลังงานของประจุที่แยกจากกันบนแผ่นตัวเก็บประจุจึงไม่เพียงขึ้นอยู่กับจำนวนของประจุที่แยกจากกันเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของเพลตและไดอิเล็กตริกด้วย เนื่องจากไดอิเล็กตริกเมื่อโพลาไรซ์จะเก็บพลังงานในรูปของสนามไฟฟ้า ความแข็งแรงที่กำหนดความต่างศักย์ U ระหว่างประจุที่แยกจากกันซึ่งอยู่บนแผ่นของตัวเก็บประจุ

เนื่องจากความต่างศักย์ระหว่างประจุที่แยกออกจากกันในอวกาศขึ้นอยู่กับความแรงของสนามไฟฟ้าและระยะห่างระหว่างประจุ ที่จริงแล้ว — ความหนาของไดอิเล็กตริกระหว่างแผ่นประจุเมื่อพูดถึงตัวเก็บประจุ

ในเวลาเดียวกันยิ่งพื้นที่ทับซ้อนกันของแผ่น A และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมบูรณ์ (และสัมพัทธ์) ของไดอิเล็กตริกก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น - ประจุที่แยกออกจากกันซึ่งอยู่บนแผ่นเปลือกโลกจะยิ่งแรงมากขึ้นเท่านั้น พลังงานศักย์มีนัยสำคัญ—แหล่ง EMF จะต้องทำงานมากขึ้นเพื่อชาร์จตัวเก็บประจุนั้น

ด้วยการแยกประจุในกระบวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากแผ่นหนึ่งไปยังอีกแผ่นหนึ่ง แหล่งที่มาของ EMF จะดำเนินการปริมาณงานดังกล่าวในการชาร์จตัวเก็บประจุอย่างแน่นอน ซึ่งจำนวนดังกล่าวจะเท่ากัน พลังงานของตัวเก็บประจุที่มีประจุ.

ด้วยความไม่ต่อเนื่องนี้พลังงานของตัวเก็บประจุที่มีประจุนอกเหนือจากปริมาณประจุที่ถ่ายโอนจากจานหนึ่งไปยังอีกจานหนึ่ง (อาจแตกต่างกัน) จะขึ้นอยู่กับพื้นที่ทับซ้อนกันของแผ่น A ตามระยะห่างระหว่างแผ่น d และค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสัมบูรณ์ของไดอิเล็กตริก e

พารามิเตอร์ที่กำหนดเหล่านี้ของการสร้างตัวเก็บประจุเฉพาะนั้นคงที่อัตราส่วนรวมสามารถเรียกว่าความจุของตัวเก็บประจุ C จากนั้นเราสามารถพูดด้วยความมั่นใจว่าความจุของตัวเก็บประจุ C ขึ้นอยู่กับพื้นที่ทับซ้อนกันของแผ่น A , บนระยะห่างระหว่างพวกมัน d และของค่าคงที่ไดอิเล็กตริก e.

การพึ่งพาความจุของพารามิเตอร์เหล่านี้นั้นเข้าใจได้ง่ายมากหากเราพิจารณาตัวเก็บประจุแบบแบน

ยิ่งพื้นที่ทับซ้อนกันของเพลตมากเท่าใดความจุของตัวเก็บประจุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นเนื่องจากประจุมีปฏิสัมพันธ์กับพื้นที่ขนาดใหญ่

ยิ่งระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกน้อยลง (อันที่จริงคือความหนาของชั้นอิเล็กทริก) ความจุของตัวเก็บประจุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากแรงปฏิสัมพันธ์ของประจุจะเพิ่มขึ้นเมื่อเข้าใกล้

ยิ่งค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของไดอิเล็กตริกระหว่างเพลตมากเท่าใด ความจุของตัวเก็บประจุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากสนามไฟฟ้าระหว่างเพลตก็ยิ่งมีความเข้มข้นมากขึ้นเท่านั้น

ดูสิ่งนี้ด้วย:ทำไมตัวเก็บประจุถึงใช้ในวงจรไฟฟ้า? และตัวเก็บประจุและแบตเตอรี่ - ความแตกต่างคืออะไร?