Kapasitans neden plakaların malzemesine bağlı değildir?

Bir öğrenci olarak, bir direncin ne olduğunu anladıktan sonra bir kapasitör hakkında bilgi edinmek, kapasitansın, en azından bildiğim herhangi bir kapasitörde kullanılan plakaların doğasına bağlı olmadığını belirtmek oldukça şaşırtıcıydı.

"Plakalar iletken olduğu sürece hiç fark etmez." Bu doğru mu?

Evet bu doğru, kapasite:

$C = \frac q V$

burada q yük ve V plakalar arasındaki voltajdır.

Yük $q$ "yerinde tut" olabildiği sürece bu ilişki geçerlidir. Demek istediğim, yük statik olduğu için "iyi" bir iletkene gerek yoktur , hareket etmez.

Dolayısıyla, belirli bir voltaj $V$ uygulandığı sürece, kapasitörün plakaları üzerinde belirli bir yük $q$ bulunmasına neden olan $C$ belirlenebilir.

Plakların kötü iletkenler (yüksek direnç) olması önemli değildir, çünkü tüm yükün nihai konumuna ulaşması daha uzun sürer. Nihai durumda, yük miktarı aynı olacağından iyi iletken plakalara sahip bir kapasitör ile karşılaştırıldığında hiçbir fark olmayacaktır.

Sadece bir kapasitörün dinamik davranışına bakarsanız (hızlı voltaj değişikliklerine nasıl tepki verir), plakaların iletkenliğinin bir etkisini görürsünüz. İlk sırada kapasitör ek seri direnç gösterecektir .

Bir kapasitörün aktif kısmı dielektriktir. Bu, enerjinin depolandığı yerdir, gerilim bu noktada geliştirilir. Plakalar sadece akımı doğru yerlere taşır. Buradaki yüksek direnç, kapasitörü kaybolabilir, ancak kapasitansı değiştirmez.

Aynı şekilde, bir direncin direnci, uçlara değil, direnç parçasının malzemesine ve geometrisine bağlıdır.

Bir indüktörün aktif kısmı, bobinler içindeki demir, ferrit veya hava boşluğudur, çünkü enerjinin depolandığı yer burasıdır. Yüksek dirençli teller indüktörü kayıp yapar, ancak endüktansı değiştirmez.

$N_A = 6×10^{23}$$C = 6×10^{18}e$bu nedenle 1 mol metal, atom başına bir mobil elektron olduğu varsayılarak 100000 C için yeterli şarj taşıyıcısına sahiptir. Alüminyum plakalar ile 100V'da 1000μF kapasitörde, sadece 27μg Alüminyum atomu, yükü tutmak için tek bir elektron bağışlamak / kabul etmek zorundadır, atomların geri kalanı nötr kalır. Plakaların 5g ağırlığını varsayarsak, bu nötr atomların% 99,9995'i artı bir elektronu eksik atomların% 0,0005'i. Açıkçası, plakalardaki şarj taşıyıcılarının eksikliği belirgin hale gelmeden çok önce arıza nedeniyle tipik bir kapasitör başarısız olacaktır.

Serbest taşıyıcıların miktarının çok daha az olduğu ve dopinge bağlı olduğu yarı iletkenlerde işler değişir. O zaman bile, kapasitansı statik bir yaklaşım olarak hesaplamak genellikle daha kolaydır, plakaların mükemmel bir şekilde iletken kaldığını ve sadece aralarındaki mesafenin azaldıkça aralarındaki mesafenin değiştiğini varsayar. Yine de her zaman mümkün değildir: hızlı dinamik işlemlerde kavşak kapasitansı sadece yük akışı için denklemler (örn. Bu ) kullanılarak yeterince tanımlanabilir ve çözümler gerçekten plakaların malzemesine bağlıdır.

Bildiğim kadarıyla, malzeme seçimi önemlidir - statik durum için bile. Aksi takdirde, çoğu izolatörün, içindeki şarj taşıyıcılarının artık var olma şansı nedeniyle elektrot olarak da kullanılabileceği anlamına gelecektir. Elektrot malzemelerinin seçiminin neden önemli olduğu bazı akıl yürütme ve bilimsel çalışmalar: DOI: 10.1109 / 16.753713 ve doi.org/10.1063/1.1713297. Mesele, öğrendiğiniz modellerin iyi bir yaklaşım olduğu. Daha fazla değil daha az değil. Elektrot malzemesinin önemli olmasının ana nedeni, EM alanının statik durum için bile iletkenlere ulaşmasıdır.

LT; DR modelinizin sınırlarını biliyor: Önemli ama çoğu zaman ihmal edilebilir.

Bir indüktör için aynıdır - endüktans değeri, telin iletkenliğine bakılmaksızın sabit kalır. Aşırı uçlara götürün ve radyo dalgalarının hızını ve uzayda nasıl yayıldıklarını düşünün.

Boş alan empedansı ile belirlenir geçirgenlik ve dielektrik boş alan ve bu, sırasıyla metre başına metre başına Henries ve farad ölçülür. Yine de boş alanda iletken yoktur.

Tipik bir kapasitörde, yükler, her elektrodun zıt yüklü elektroda en yakın olan kısımları üzerinde ince tabakalar halinde konsantre edilecektir. Bu katman esasen her zaman sıfır olmayan bir kalınlığa sahip olsa da ve her yüklü parçacık ile yüzey arasındaki mesafe, o yükten kaynaklanan potansiyel farkı etkileyecek olsa da, uygulamada etki neredeyse her zaman ölçüm belirsizlikleri veya diğer karışıklıklarla cüce olacak kadar küçüktür. Etkileri.

Birçok pratik kapasitör, iletken malzemeye çok zayıf bağımlılığa sahiptir. Kondansatör Eşdeğeri Seri Direnç (ESR) plaka malzemesinden ve kalınlıktan / yönlendirmeden etkilenir ve güç uygulamalarında önemli bir sınırlayıcı faktördür. Bu ayrıca darbeli uygulamalar için tepe deşarj akımlarını da etkiler.

Pratik bir seviyede, birçok güç filmi kapasitörünün metalizasyonda eriyebilir bağlantıları vardır, böylece kapasitörün arızalı kısımları devreden çıkarılır (ve kapasitans düşer). Bu, kapasitör plakasına bağlı önemli bir pratik husustur.