ทำไมระยะห่างระหว่างเพลตของคาปาซิเตอร์ถึงมีผลต่อความจุ

ทำไมความจุของตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้นเมื่อแผ่นของมันอยู่ใกล้กันมากขึ้น?

วิธีการที่ใช้งานง่าย: หากระยะทางไม่เป็นปัจจัยคุณจะสามารถวางแผ่นเหล็กในระยะห่างไม่สิ้นสุดและยังคงมีความจุเท่าเดิม ไม่สมเหตุสมผลเลย คุณคาดหวังความจุเป็นศูนย์แล้ว
หากตัวเก็บประจุถูกประจุด้วยแรงดันไฟฟ้าหนึ่งแผ่นทั้งสองจะเก็บประจุพาหะของประจุตรงข้าม ประจุตรงข้ามดึงดูดกันและกันสร้างสนามไฟฟ้า

และแรงดึงดูดก็ใกล้เคียงกว่า หากระยะทางไกลเกินไปค่าใช้จ่ายจะไม่รู้สึกถึงการปรากฏตัวของกันและกันอีกต่อไป สนามไฟฟ้าอ่อนแอเกินไป

รูปที่ 1 ถึง 4: ตัวเก็บประจุ:

เห็นได้ชัดว่าเมื่อระยะห่างระหว่างเพลตลดลงความสามารถในการเก็บประจุจะเพิ่มขึ้น

fig.1 = หากมีระยะห่างไม่ จำกัด ระหว่างเพลตแม้การชาร์จครั้งเดียวก็จะผลักดันการชาร์จเพิ่มเติมเพื่อเข้าสู่เพลต

fig.2 = ถ้าแผ่นเดิมพันระยะทางลดลงพวกเขาสามารถเก็บค่าธรรมเนียมได้มากขึ้นเนื่องจากแรงดึงดูดจากแผ่นประจุที่ตรงกันข้าม

fig.4 = ด้วยระยะห่างต่ำสุดระหว่างเพลตการดึงดูดสูงสุดระหว่างทั้งสองช่วยให้สามารถเก็บประจุได้สูงสุด

ในฐานะตัวเก็บประจุ C = q / V, C จะแตกต่างกันไปตาม q หาก V ยังคงเดิม (เชื่อมต่อกับแหล่งข้อมูลอิเลคท์คงที่) ดังนั้น, เมื่อระยะทางลดลง q เพิ่มขึ้น, และ C เพิ่มขึ้น

โปรดจำไว้ว่าสำหรับตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานใด ๆ V ไม่ได้รับผลกระทบจากระยะทางเพราะ: V = W / q (ทำงานต่อการชาร์จหนึ่งหน่วยในการนำมันจากบนจานไปยังอีกตัว)

และ W = F xd

และ F = qx E

ดังนั้น V = F xd / q = qx E xd / q

V = E xd ดังนั้นหากแผ่นเดิมพัน d (ระยะทาง) เพิ่มขึ้น E (ความแรงของสนามไฟฟ้า) จะลดลงและ V จะคงเดิม

ประจุเป็นประจุต่อ EMF Farads โดยเฉพาะคือคูลอมบ์ต่อโวลต์ เมื่อคุณเลื่อนเพลตเข้ามาใกล้กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เพิ่มขึ้นฟิลด์ E ระหว่างพวกเขา (โวลต์ต่อเมตร) จะเพิ่มขึ้น (โวลต์เหมือนกันเมตรจะเล็กลง) สนาม E ที่แรงกว่านี้สามารถเก็บประจุได้มากขึ้นบนจาน โปรดจำไว้ว่าประจุบนแผ่นเปลือกโลกนั้นอาจจะไม่สามารถต้านทานซึ่งกันและกันได้ มันใช้ฟิลด์ E เพื่อเก็บมันไว้และฟิลด์ E ก็ยิ่งแข็งแกร่ง ค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าเดียวกันหมายถึงความจุที่สูงขึ้น (ประจุไฟฟ้าที่โวลต์เดียวกันมากขึ้น)

ที่จะได้รับเทคนิคที่คุณต้องการดูกฎหมายของ Coulomb ซึ่งระบุไว้ว่า

"ขนาดของแรง Electrostatics ของการทำงานร่วมกันระหว่างประจุสองจุดนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการคูณสเกลาร์ของขนาดประจุและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง" - วิกิพีเดีย

สูตรสำหรับสิ่งนี้คือ:

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

$F$$k_e$$r$$q_1$$q_2$ 2

มีรูปแบบอื่น ๆ ของสมการ - เช่นนี้โดยเฉพาะสำหรับสนามไฟฟ้า:

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

$r$$q$ Q

หากคุณต้องการเริ่มต้นรับจริงๆเทคนิคคุณต้องเริ่มอ่านกลศาสตร์ควอนตัมและปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคกับพลังงานที่เกี่ยวข้อง

เมื่อสองอนุภาค (พูดอิเล็กตรอนในกรณีนี้) พวกมันจะส่งอนุภาคควอนตัมระหว่างโฟตอน (โฟตอน) สิ่งเหล่านี้เช่นหนูในห้องใต้ดินต้องการพลังงานในการเคลื่อนย้าย ยิ่งระยะทางยิ่งพลังงานยิ่งสูง พลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนย้ายโฟตอนยิ่งมีประจุเหลือน้อยลงระหว่างแผ่นทั้งสอง

นั่นเป็นมุมมองที่ง่ายมากของมันและมีรายละเอียดอีกหนึ่งอย่างในการค้นพบสิ่งต่าง ๆ เช่นอุโมงค์ควอนตัม, Leptons, Fermions, Bosons เป็นต้นมันเป็นเรื่องที่น่าอ่านหากคุณมีเวลา ฉันขอแนะนำประวัติย่อของ Steven Hawking เป็นจุดเริ่มต้นที่ดี ติดตามเรื่องนั้นด้วยSuperstringsของ F. David Peat และค้นหาทฤษฎีของทุกสิ่งและคุณจะไม่ผิดไปไกล ในขณะที่หนังสือทั้งสองเล่มนี้มีความยาวขึ้นมาในขณะนี้และทฤษฎีก็ยังคงพัฒนาอยู่ แต่พวกเขาก็ให้ข้อมูลเชิงลึกที่ดีเกี่ยวกับการทำงานของจักรวาลในระดับอะตอม

สิ่งสำคัญที่ต้องเข้าใจคือถ้าจานมีอิเล็กตรอนเข้ามามากกว่าออกไปข้างนอกมันจะสร้างประจุลบซึ่งจะทำหน้าที่ในการป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนเข้ามาอีก (เช่นเดียวกับแผ่นที่มีอิเล็กตรอนออกมามากกว่ามาถึง) . มันจะไม่ใช้อิเล็กตรอนจำนวนมากเข้ามาในแผ่นแยกเพื่อประจุที่สร้างโวลต์หลายล้านตัว อย่างไรก็ตามหากมีแผ่นประจุบวกอยู่ใกล้แผ่นประจุลบแผ่นประจุบวกจะพยายามดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองและจากนั้นไปยังแผ่นลบ (เช่นเดียวกันกับแผ่นประจุลบจะพยายามผลักอิเล็กตรอนออกไป ตัวเองและดังนั้นห่างจากจานบวก) แรงจากแผ่นบวกที่พยายามวาดด้วยอิเล็กตรอนไม่สามารถทำให้สมดุลของแผ่นลบได้อย่างสมบูรณ์พยายามที่จะผลักมันออกไป แต่ถ้าแผ่นนั้นอยู่ใกล้กันมันสามารถถ่วงได้อย่างมีนัยสำคัญ โชคไม่ดีที่ถ้าจานนั้นอยู่ใกล้เกินไปแผ่นจะไม่สามารถสร้างประจุได้มากเกินไปก่อนที่อิเล็กตรอนจะกระโดดจากแผ่นหนึ่งไปอีกแผ่น

ปรากฎว่ามีเคล็ดลับในการบรรเทาปัญหานี้ วัสดุบางชนิดช่วยให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ภายในได้ แต่ไม่อนุญาตให้อิเล็กตรอนเข้าหรือออก การวางวัสดุดังกล่าว (เรียกว่าอิเล็กทริก) ระหว่างแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของตัวเก็บประจุได้อย่างมาก สิ่งที่เกิดขึ้นโดยหลักแล้วก็คือความแตกต่างของประจุระหว่างแผ่นขั้วลบและประจุบวกจะเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนในไดอิเล็กทริกไปยังประจุบวก ด้านไฟฟ้าไปทางแผ่นลบจึงมีการขาดแคลนสัมพัทธ์ของอิเล็กตรอนการดึงอิเล็กตรอนไปยังแผ่นลบในขณะที่ด้านที่มีแผ่นขั้วบวกจะมีอิเล็กตรอนส่วนเกินผลักอิเล็กตรอนออกจากแผ่นบวก พฤติกรรมนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของตัวเก็บประจุได้หลายขนาด