Hvad bestemmer kapacitansen af en kondensator?
Kondensatoren er designet til midlertidig lagring af elektrisk energi i form af potentiel energi opdelt i rummet i positive og negative elektriske ladninger, det vil sige i form af et elektrisk felt i rummet mellem dem. Følgelig omfatter en elektrisk kondensator tre hovedkomponenter: to ledende plader, på hvilke separate ladninger er placeret i en ladningskondensator, og et dielektrisk lag placeret mellem pladerne.
Kondensatorplader, afhængigt af typen af dette elektriske produkt, kan fremstilles på forskellige måder, lige fra simple aluminiumsplader viklet på en rulle med et papirmellemlag, til kemisk oxiderede plader eller et metalliseret dielektrisk lag. Under alle omstændigheder er der et lag af dielektrikum og en plade, hvorimellem det er tæt fastgjort - dette er dybest set en kondensator.
Dielektrikumet kan være papir, glimmer, polypropylen, tantal eller andet passende elektrisk isoleringsmateriale med den nødvendige dielektriske konstant og elektrisk styrke.
Som du ved, er energien af elektriske ladninger adskilt i rummet lig med produktet af mængden af ladning Q forskudt (fra et legeme til et andet) af potentialforskellen mellem de ladede legemer U.
Så energien af adskilte ladninger på kondensatorpladerne afhænger ikke kun af antallet af adskilte ladninger, men også af parametrene for dens plader og dielektrikumet, da dielektrikumet, når det polariseres, gemmer energi i form af et elektrisk felt, hvis styrke bestemmer potentialforskellen U mellem de adskilte ladninger placeret på kondensatorens plader.
Fordi potentialforskellen mellem ladninger adskilt i rummet afhænger af styrken af det elektriske felt og af afstanden mellem dem. Faktisk — på tykkelsen af dielektrikumet mellem de ladede plader, når det kommer til en kondensator.
Samtidig, jo større overlapningsarealet af pladerne A og jo større dielektrikumets absolutte (og relative) dielektricitetskonstant er - jo stærkere de adskilte ladninger placeret på pladerne tiltrækkes af hinanden - jo mere betydelig deres potentielle energi - jo mere arbejde vil der kræves af EMF-kilden for at oplade den kondensator.
Ved at adskille ladninger i processen med at overføre elektroner fra en plade til en anden, udfører kilden til EMF nøjagtigt et sådant volumen arbejde med at oplade kondensatoren, hvis mængde vil være identisk energi af en opladet kondensator.
Med denne diskontinuitet vil energien af den ladede kondensator, ud over mængden af ladning, der overføres fra plade til plade, (det kan være forskelligt) afhænge af det overlappende areal af pladerne A, af afstanden mellem pladerne d og på den absolutte dielektriske konstant for dielektrikumet e.
Disse bestemmende parametre for konstruktionen af en bestemt kondensator er konstante, deres samlede forhold kan kaldes kapacitansen af kondensatoren C. Så kan vi med tillid sige, at kapacitansen af kondensatoren C afhænger af det overlappende område af pladerne A , på afstanden mellem dem d og af dielektricitetskonstanten e.
Kapacitansens afhængighed af disse parametre er meget let at forstå, hvis vi betragter en flad kondensator.
Jo større overlapningsarealet af dens plader er, jo større kapacitet har kondensatoren, da ladningerne interagerer over et større område.
Jo mindre afstanden mellem pladerne er (faktisk tykkelsen af det dielektriske lag), jo større er kondensatorens kapacitet, fordi ladningernes samspilskraft stiger, når de nærmer sig.
Jo større dielektrisk konstant af dielektrikumet mellem pladerne, jo større er kondensatorens kapacitans, fordi jo større er styrken af det elektriske felt mellem pladerne.
Se også:Hvorfor bruges kondensatorer i elektriske kredsløb? ogKondensatorer og batterier - hvad er forskellen?