平行板コンデンサは、通過した電荷に応じて変化する電位を理解するのに役立ちます。平行板コンデンサの計算は単純で解決可能です。深い機能を理解する前に、平行板コンデンサの意味とその重要性を詳細に理解する必要があります。次に、平行板コンデンサの式を決定することができます.
平行平板コンデンサとは?
平行平板コンデンサには電極と絶縁材料があり、シーケンスを形成します。限られた限られた量のエネルギーを蓄えることができます。バッテリーが 2 つの平行なプレートにまたがって接続されている場合、プレートは充電され、電界が形成されます。このプロセスは平行板コンデンサと呼ばれます。
平行平板間にさらに多くの電荷が供給されると、電位が上昇し、すぐに電荷が漏れます。そして、正に帯電したプレートの隣に別のプレートを配置すると、負の電荷は正に帯電したプレートの方向に流れます。
両方のプレートが電荷を持っているため、プレート 2 の負の電荷はプレート 1 の電位差を減少させますが、プレート 2 の正の電荷はプレート 1 の電位差を増加させます。プレート 2 への負の電荷の影響により、プレート 1 により多くの電荷が供給されます。したがって、電位差はプレート 2 の方が小さくなります。
平行板コンデンサの式
正のテスト電荷の方向は、電場の方向と呼ばれます。電位に関する電荷の変化を静電容量といいます。そして静電容量は、すべての電荷を蓄える体として機能します。
平行板コンデンサが 2 つのプレートで構成され、面積が A、プレート間の距離が「d」であるとします。
平行板コンデンサを決定する式は
C=kϵ0A/d
ϵo は空間の誘電率、つまり (8.854 × 10−12 F/m)
kは比誘電率です
平行板コンデンサの導出
下の図は、平行板コンデンサを示しています。距離「d」で互いに平行に配置された2つの大きなプレートがあります。
プレートの距離は、導電プレートの面積よりも小さくなります。そのため、無限平面シートと呼ばれます。電荷密度は、以下の式を使用して決定できます
プレート 1 の場合:
計算のために平行板コンデンサの領域を分けてみましょう。
エリア 1 – プレート 1 の左側のエリア
エリア 2 – プレート 1 と 2 の間のエリア
エリア 3 – プレート 2 の右側のエリア
平行板コンデンサ周辺の電界の計算:
エリア 1 では、無限の平面シートがあるため等級は同じになります。平面シートの方向が互いに反対に配置されているため、電界は 0 になります。
エリア 2 の場合、大きさと電場の方向は同じです。したがって、方程式は
になります。
エリア 3 の場合、マグニチュードはエリア 1 のマグニチュードと同じです。したがって、電界は、その領域に存在する平面シートのために生成されます。
電場の方向が正から負のプレートであり、それが本質的に均一である場合、電位差は、生成された電場に関して 2 つのプレート間に作成された距離を使用して計算されます。
理解を深めるためにいくつかの例を見てみましょう
例 1
空気中に保持された平行平板コンデンサの面積は 0.50m2 で、平板間の距離は 0.04m です。平行板コンデンサを推定します。
解決策:
与えられた:
エリア A =0.50 m2、
距離 d =0.04 m、
比誘電率 k =1,
ϵo =8.854 × 10−12 F/m
平行板コンデンサの式:
C=kϵ0A/d
=8.854×10−12 × 0.50 / 0.04
=4.427 x 10−12 / 0.04
したがって、C =110.67 x 10−12 F
例 2
キャパシタンスを 25 nF、プレート間の距離を 0.04 m と見なして、空気中の平行プレート コンデンサの面積を計算します。
解決策:
与えられた:
静電容量 =25 nF、
距離 d =0.04 m、
比誘電率 k =1,
ϵo =8.854 × 10−12 F/m
平行板コンデンサの式
C=kϵ0Ad
A=dCkϵ0
=0.04 × 25×10−9 / 1×8.854×10−12
A =1 x10−9 / 8.854 ×10−12
したがって、平行板コンデンサの面積は 112.94 m2 です。
結論
平行平板の静電容量は、平板と面積の間の距離に依存します。単一のコンデンサでは大量の電荷を蓄えることができないため、大量の電荷を蓄えるには 2 つの平行板が必要です。平行板コンデンサは、主に直流電源、自動車産業などで使用されています。各用途には、静電容量に関連するさまざまな利点と特性があります。静電容量の計算は、コンデンサがエネルギーを電荷の形で蓄える能力を測定することに他なりません。平行平板コンデンサは、主に大量の電荷を蓄えるために使用されます。単一のコンデンサは、わずかな量の電荷しか保持できません。
対照的に、2つの平行に配置されたプレートは、バッテリーに接続されると電界を生成し、大量の電荷を蓄えます.並列容量の計算と重要性が詳細に説明されています。主に平行板コンデンサのジーノートは、ジー試験の受験生の間で有名です。
