Bir kapasitörün plakaları arasındaki mesafe neden kapasitansını etkiler?

Plakları birbirine daha yakın olduğunda bir kapasitörün kapasitansı neden artar?

Sezgisel yaklaşım: eğer mesafe bir faktör olmazsa, plakaları sonsuz bir mesafeye yerleştirebilir ve yine de aynı kapasitansa sahip olabilirsiniz. Bu mantıklı değil. O zaman sıfır kapasitans beklersiniz.
Kondansatör belirli bir voltaja şarj edilirse, iki plaka ters şarj şarj taşıyıcılarını tutar. Zıt yükler birbirini çeker, bir elektrik alanı oluşturur,

ve çekim ne kadar yakın olursa o kadar güçlü olur. Mesafe çok büyük olursa, yükler artık birbirlerinin varlığını hissetmezler; elektrik alanı çok zayıf.

ŞEKİL 1 ila 4: Kapasitör:

Plakalar arasındaki mesafe azaldıkça, yükleri tutma yeteneklerinin arttığı açıktır.

fig.1 = Plakalar arasında sınırsız mesafe varsa, tek bir şarj bile plakaya girmek için başka ücretleri iter.

şek.2 = mesafe bahis plakaları azalırsa, ters yüklü plakadan çekim nedeniyle daha fazla yük tutabilirler.

Şekil 4 = plakalar arasındaki minimum mesafe ile, aralarındaki maksimum çekim her ikisinin de maksimum yükü tutabilmesini sağlar.

Kapasitans C = q / V olduğundan, V aynı kalırsa (sabit bir potansiyel elektrik kaynağına bağlı) C, q ile değişir. Böylece mesafe azaldıkça q artar ve C artar.

Herhangi bir paralel plaka kapasitörü V için mesafeden etkilenmediğini unutmayın, çünkü: V = W / q (plakadan diğerine getirirken birim yük başına yapılan iş)

ve W = F xd

ve F = qx E

yani, V = F xd / q = qx E xd / q

V = E xd Dolayısıyla, d (mesafe) bahis plakaları artarsa, E (elektrik alan şiddeti) drecrese olur ve V aynı kalır.

Kapasite, EMF başına ücrettir. Özellikle Farads volt başına Coulomb'tur. Plakaları aynı uygulanan voltajda yaklaştırdıkça, aralarındaki E alanı (metre başına Volt) artar (Volt aynıdır, metre küçülür). Bu daha güçlü E alanı plakalar üzerinde daha fazla yük tutabilir. Plakalardaki yüklerin aksi takdirde birbirini iteceğini unutmayın. Onları orada tutmak için bir E alanı gerekir ve E alanı ne kadar güçlü olursa orada o kadar fazla yük tutabilir. Aynı voltajda daha yüksek yük, daha yüksek kapasitans anlamına gelir (aynı Voltta daha fazla Coulomb).

Teknik olmak için Coulomb yasasına bakmak istersiniz . Bu,

"İki nokta yükü arasındaki etkileşimin Elektrostatik kuvvetinin büyüklüğü, yüklerin büyüklüğünün skaler çarpımı ile doğru orantılıdır ve aralarındaki mesafelerin karesiyle ters orantılıdır." - Wikipedia

Bunun formülü:

$F = k_e \frac{q_1 q_2}{r^2}$

$F$$k_e$$r$$q_1$$q_2$

Denklemin başka formları da vardır - örneğin özellikle bir elektrik alanı için:

$E = \frac{1}{4\pi\epsilon_0}\frac{q}{r^2}$

$r$$q$

Eğer almaya başlamak istiyorsanız gerçekten teknik o zaman kuantum mekaniği ve parçacıklar arasındaki etkileşimleri ve ona katılan enerjileri üzerinde okuma başlamak gerekir.

İki parçacık (bu durumda elektronlar diyelim) etkileştiklerinde aralarına kuantum parçacıkları gönderirler (fotonlar). Bunlar, bodrumdaki sıçanlar gibi, hareket etmek için enerjiye ihtiyaç duyarlar. Mesafe arttıkça enerji de artar. Fotonları hareket ettirmek için alınan enerji ne kadar yüksek olursa, iki plaka arasında kalan yük o kadar düşük olur.

Bu çok basit bir görünüm ve keşfedilecek bir tane daha fazla ayrıntı var - Kuantum Tünel, Leptonlar, Fermiyonlar, Bozonlar, vb. Zamanınız varsa büyüleyici bir okuma. Steven Hawking'in Kısa Bir Tarihçesi'ni iyi bir başlangıç ​​noktası olarak tavsiye ederim . Bunu F. David Peat'ın Süper Dizeleri ve Her Şeyin Teorisi için Arama ile takip edin ve çok fazla yanlış gitmeyeceksiniz. Her iki kitap da artık dişte biraz uzarken ve teorilerin tümü hala gelişirken, evrenin işleyişine atom altı düzeyde iyi bir bakış açısı veriyorlar.

Anlaşılması gereken en önemli şey, eğer bir plaka dışarı çıkmaktan daha fazla elektron içeriyorsa, daha fazla elektronun içeriye girmesini önlemek için negatif bir yük oluşturacaktır (aynı şekilde daha fazla elektronu olan bir plaka için gelmekten daha fazla) . Yükün milyonlarca volta kadar yükselmesi için izole bir plakaya gelen çok fazla elektron almaz. Bununla birlikte, negatif yüklü olanın yanında pozitif yüklü bir plaka varsa, pozitif yüklü plaka elektronları kendine doğru ve sonuç olarak negatif plakaya doğru çekmeye çalışır (benzer şekilde negatif yüklü plaka elektronları kendisi ve sonuç olarak pozitif plakadan uzakta). Elektronları çekmeye çalışan pozitif plakadan gelen kuvvet, negatif plakanın itmeye çalışan kuvvetini tamamen dengeleyemez, ancak plakalar birbirine yakınsa önemli ölçüde dengeleyebilir. Ne yazık ki, plakalar çok yakınsa, elektronlar bir plakadan diğerine atlamaya başlamadan önce plakalar çok fazla yük oluşturamaz.

Bu sorunu hafifletmek için hile olduğu ortaya çıktı. Bazı malzemeler elektronların kendi içlerinde hareket etmesine izin verir, ancak elektronların girmesine veya çıkmasına izin vermezler. İki plaka arasına böyle bir malzemenin (dielektrik adı verilir) yerleştirilmesi, bir kapasitörün performansını büyük ölçüde artırabilir. Esasen, negatif ve pozitif plakalar arasındaki yük farkının dielektrikteki elektronları pozitif olana doğru hareket ettirmesidir. Elektriğin negatif plakaya doğru tarafı, elektronları negatif plakaya doğru çeken göreceli bir elektron kıtlığına sahipken, pozitif plakaya doğru olan taraf elektronların fazlalığını elektronları pozitif plakadan uzağa iter. Bu davranış, bir kapasitörün performansını birçok büyüklükte artırabilir.