ทำไมความจุไม่ขึ้นกับวัสดุของแผ่น?

14

ในฐานะนักเรียนการเรียนรู้เกี่ยวกับตัวเก็บประจุหลังจากทำความเข้าใจว่าตัวต้านทานคืออะไรมันค่อนข้างน่าแปลกใจที่ทราบว่าตัวเก็บประจุไม่ได้ขึ้นอยู่กับลักษณะของแผ่นที่ใช้อย่างน้อยตัวเก็บประจุชนิดใดที่ฉันรู้จัก

ฉันได้รับคำแนะนำว่า "มันสร้างความแตกต่างไม่ได้ตราบใดที่แผ่นเปลือกโลกกำลังดำเนินอยู่" มันเป็นเรื่องจริงเหรอ?

capacitor

— animul
แหล่งที่มา

6

ใช่มันสร้างความแตกต่างไม่ได้ตราบใดที่เพลตสามารถเก็บประจุได้ ปัจจัยที่แตกต่างคือพื้นที่ของแผ่น (ประจุเพิ่มเติม) เพื่อเพิ่มความจุและการแยกระหว่างสองแผ่นเป็นปัจจัย จำกัด ถ้าคุณยังใหม่ฉันขอแนะนำให้คุณอ่านหน้าวิกิพีเดียทั้งหมดเกี่ยวกับคาปาซิเตอร์และลองคิดดูว่าทำไมสมการนี้จึงถูกกำหนดขึ้นมา ดูที่แต่ละพารามิเตอร์และพยายามเชื่อมโยงเข้าด้วยกัน

— Sorenp

8

สิ่งที่คุณกำลังเรียนรู้เกี่ยวกับตัวเก็บประจุในอุดมคติทำจากวัสดุที่มีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ แน่นอนว่าสิ่งนั้นไม่มีอยู่จริง แต่ถ้าความต้านทานมีน้อยมันเป็นการประมาณที่ดีทีเดียว ในโลกแห่งความจริงการประยุกต์ใช้ตัวเก็บประจุจะรับผลกระทบจากความต้านทานไฟฟ้าของพวกเขา (แม้ว่าพวกเขาจะทำของตัวนำที่ดีเช่นแผ่นโลหะแผ่นมีความบางมาก) และได้รับการพิจารณาเป็นตัวเก็บประจุที่เหมาะในชุดมีตัวต้านทาน ค่าประสิทธิภาพของตัวต้านทานมีการระบุไว้ในแผ่นข้อมูลของตัวเก็บประจุและสำหรับการใช้งานตัวเก็บประจุบางอย่างค่าของมันมีความสำคัญมาก

— alephzero

คิดว่าความจุเป็นผลกระทบพื้นผิวในพื้นผิวที่อยู่ติดกัน และสิ่งที่ขึ้นอยู่กับวัสดุ (อิเล็กทริก) ระหว่างชั้นประจุพื้นผิวเหล่านี้ (เช่นนี้ส่งผลกระทบต่อวิธีที่ชั้นหนึ่งมองเห็นชั้นอื่น ๆ ) - จากนั้นก็ไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับตัวนำ

— FlatEarther

1

เมื่อคุณได้รับประสบการณ์คุณจะรู้สึกได้ถึงขีด จำกัด ขององค์ประกอบวงจรในอุดมคติ ตัวอย่างเช่นในขณะที่วงจร RC ในทางทฤษฎีอาจใช้งานได้ดีกับ 1-ohm R และ 1-mF C คุณจะพัฒนาสัญชาตญาณว่าควรใช้ 1-kohm R และ 1-uF C.

— MooseBoys

ในการออกแบบตัวเก็บประจุบนซิลิกอนโอห์ม / สี่เหลี่ยมจัตุรัสกลายเป็นเรื่องใหญ่สำหรับพฤติกรรมชั่วคราวและการออกแบบรูปแบบการสัมผัสโลหะ - โพลีซิลิคอนเป็นหนึ่งองศาอิสระสำหรับวิศวกร ฉันใช้หน้าสัมผัสเป็นส่วนหนึ่งของการหน่วงเพื่อความสะอาดของไฟ LC / VDD

— analogsystemsrf

23

ใช่มันเป็นเรื่องจริงความจุคือ:

$C = \frac q V$

โดยที่ q คือประจุและ V แรงดันไฟฟ้าระหว่างแผ่น

ตราบใดที่การคิดค่าธรรมเนียม $q$ สามารถ "ระงับ" ความสัมพันธ์นี้มีผลบังคับใช้ ฉันหมายความว่าไม่จำเป็นต้องมีตัวนำที่ "ดี" เนื่องจากประจุไฟฟ้าสถิตไม่เคลื่อนที่

ดังนั้นตราบใดที่แรงดันไฟฟ้า $V$ ถูกนำไปใช้จะส่งผลให้ประจุ $q$ อยู่ในจานของตัวเก็บประจุดังนั้น $C$ สามารถถูกกำหนดได้

มันไม่สำคัญว่าเพลตจะเป็นตัวนำที่ไม่ดี (ความต้านทานสูง) เพราะมันจะใช้เวลานานกว่าสำหรับประจุทั้งหมดที่จะไปถึงตำแหน่งสุดท้าย ในสถานะสุดท้ายจะไม่มีความแตกต่างเมื่อเทียบกับตัวเก็บประจุที่มีแผ่นนำไฟฟ้าที่ดีเนื่องจากปริมาณประจุจะเท่ากัน

เฉพาะเมื่อคุณดูที่พฤติกรรมแบบไดนามิกของตัวเก็บประจุ (มันตอบสนองอย่างไรต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว) คุณจะเห็นอิทธิพลของความนำไฟฟ้าของเพลต ในการสั่งซื้อครั้งแรกตัวเก็บประจุจะแสดงเพิ่มเติมต้านทานชุด

— Bimpelrekkie
แหล่งที่มา

1

โปรดระบุอย่างชัดเจนว่าคุณกำลังพูดถึงโมเดลทางทฤษฎีที่มี "ช่วงการยอมรับ" แต่มีข้อ จำกัด เช่นกัน

— คริสเตียน B.

4

@ChristianB หากคุณคำนึงถึง "ทุกอย่าง" ดังนั้นโปรดแน่ใจว่าฉันได้รับคะแนนของคุณ (และคำตอบของคุณด้วย) อย่างไรก็ตามเมื่อฉันเรียนรู้สิ่งใหม่ฉันคิดว่ามันง่ายกว่ามากที่จะทำให้สิ่งต่าง ๆง่ายขึ้นและดูที่ปรากฏการณ์ "ลำดับแรก" เท่านั้น ด้วยวิธีนี้คุณจะไม่สับสนผู้ที่ยังใหม่กับเรื่องเช่น OP ที่เพียงแค่ต้องการที่จะเข้าใจแนวคิดพื้นฐาน เมื่อคำตอบที่ "จำกัด และง่ายของโลก" ของฉันนั้นเป็นที่เข้าใจได้ง่ายขึ้นและพิจารณาคำตอบของคุณได้ง่ายขึ้น

— Bimpelrekkie

ฉันสบายดีกับความเรียบง่ายและการสร้างแบบจำลองตราบใดที่มันชัดเจนว่ามันเป็นแบบจำลอง เรามีผู้คนมากมายที่ "เชื่อ" ว่าแบบจำลองคือความจริง สิ่งนี้สามารถนำไปสู่ศาสนาเช่นพฤติกรรมและขัดขวางความคืบหน้า (ดูประวัติของทฤษฎีสัมพัทธภาพและฟิสิกส์ควอนตัม) ในมือข้างหนึ่งและแม้แต่สูญเสียความไว้วางใจในความรู้ทางวิทยาศาสตร์ถ้า ppl ตระหนักว่าพวกเขาพบ "หลุมตรรกะ" ในทฤษฎี พวกเขาอาจ "ถึง" ข้อ จำกัด ของแบบจำลอง (เปรียบเทียบจำนวนที่เพิ่มขึ้นของชาวพื้นราบ)

— คริสเตียน B.

2

โปรดอย่าเข้าใจฉันผิด ฉันสมบูรณ์แบบด้วยโมเดลเรียบง่าย แต่มีให้แน่ใจว่าพวกเขาถูกรับรู้เช่นนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้ามีคนถามว่านางแบบเป็นเรื่องราวทั้งหมดที่ OP ทำหรือไม่

— คริสเตียน B.

19

ส่วนที่ใช้งานของตัวเก็บประจุคืออิเล็กทริก นั่นคือที่เก็บพลังงานนั่นคือสิ่งที่แรงดันไฟฟ้าถูกพัฒนาข้าม เพลทเพียงลำเลียงกระแสไปยังสถานที่ที่เหมาะสม ความต้านทานสูงที่นี่สามารถทำให้ตัวเก็บประจุสูญเสีย แต่จะไม่เปลี่ยนความจุ

ในทำนองเดียวกันความต้านทานของตัวต้านทานขึ้นอยู่กับวัสดุและรูปทรงเรขาคณิตของส่วนความต้านทานไม่ใช่ตัวนำ

ส่วนที่เหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำคือเหล็กเฟอร์ไรต์หรือช่องว่างอากาศภายในขดลวดเพราะนั่นคือที่ที่พลังงานถูกเก็บไว้ สายความต้านทานสูงจะทำให้ตัวเหนี่ยวนำสูญเสีย แต่จะไม่เปลี่ยนแปลงตัวเหนี่ยวนำ

— Neil_UK
แหล่งที่มา

2

นี่ควรเป็นคำตอบที่ยอมรับได้!

— nigel222

ใช่ไม่ต้องสงสัยเลยว่านี่เป็นคำตอบที่ดีที่สุดในขณะนี้

— Dawood พูดว่าคืนสถานะโมนิก้า

6

$N_A = 6×10^{23}$ $C = 6×10^{18}e$ ดังนั้นโลหะ 1 โมลจึงมีประจุพาหะเพียงพอสำหรับ 100000 C โดยสมมติว่ามีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่หนึ่งตัวต่ออะตอม ในตัวเก็บประจุ1000μFที่ 100V ด้วยแผ่นอะลูมิเนียมอะตอมอะลูมิเนียมเพียง27μgต้องบริจาค / รับอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวเพื่อเก็บประจุส่วนที่เหลือของอะตอมจะเป็นกลาง สมมติว่าแผ่นน้ำหนัก 5 กรัมนั่นคือ 99,9995% ของอะตอมที่เป็นกลางบวกกับ 0,0005% ของอะตอมที่ขาดอิเล็กตรอนหนึ่งตัว เห็นได้ชัดว่าตัวเก็บประจุทั่วไปจะล้มเหลวเนื่องจากการแตกตัวเป็นเวลานานก่อนที่จะไม่มีประจุพาหะในจานจะปรากฏขึ้น

สิ่งต่าง ๆ เปลี่ยนไปในเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งจำนวนผู้ให้บริการอิสระมีขนาดเล็กลงมากและขึ้นอยู่กับการเติม ถึงอย่างนั้นมันก็มักจะง่ายกว่าในการคำนวณค่าความจุเป็นค่าประมาณแบบคงที่โดยสมมติว่าแผ่นเหล็กอยู่ในสภาพนำไฟฟ้าได้อย่างสมบูรณ์แบบและระยะทางระหว่างพวกมันจะเปลี่ยนไปเมื่อพื้นที่พร่องเติบโตขึ้น มันเป็นไปไม่ได้เสมอไป: ในกระบวนการพลวัตความจุแยกอย่างรวดเร็วสามารถอธิบายได้อย่างเพียงพอโดยใช้สมการสำหรับการไหลของประจุ (เช่นอันนี้ ) และการแก้ปัญหาขึ้นอยู่กับวัสดุของเพลต

— Dmitry Grigoryev
แหล่งที่มา

5

เพื่อความรู้ที่ดีที่สุดของฉันการเลือกใช้วัสดุมีความสำคัญ - แม้กระทั่งในกรณีที่คงที่ ถ้าไม่ใช่ก็หมายความว่าฉนวนส่วนใหญ่สามารถใช้เป็นอิเล็กโทรดได้เช่นกันเนื่องจากมีโอกาสตกค้างจากการที่ผู้ให้บริการชาร์จอยู่ภายใน งานด้านการใช้เหตุผลและวิทยาศาสตร์ทำไมการเลือกใช้วัสดุอิเล็กโทรดมีความสำคัญ: DOI: 10.1109 / 16.753713 และ doi.org/10.1063/1.1713297 เพื่อตั้งชื่อไม่กี่ สิ่งที่เป็นแบบจำลองที่คุณเรียนรู้เป็นการประมาณที่ดี ไม่มากไม่น้อย เหตุผลหลักที่วัสดุอิเล็กโทรดมีความสำคัญคือสนาม EM จะเข้าไปในตัวนำเช่นกันสำหรับเคสแบบคงที่

LT; DR รู้ถึงขีด จำกัด ของโมเดลของคุณ: มันสำคัญ แต่ก็มักถูกทอดทิ้ง

— คริสเตียนบี
แหล่งที่มา

ไม่ใช่สำหรับความจุแบบคงที่มันไม่ได้

— Carl Witthoft

ยิ่งใหญ่ เรามาเริ่มการสนทนาแบบแบนราบก่อน: มันเป็นเรื่องสำคัญไม่ไม่ใช่มันใช่ ฯลฯ มีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์หรือแหล่งกำเนิดเสียงหรือไม่? หากคุณทำการวิจัยเพียงเล็กน้อยคุณจะพบคำแนะนำมากมายว่าแบบจำลองนั้นเป็นแบบจำลองและ "ตัวนำที่ดีหมายถึงสมการที่ใดก็ได้" นั้นเป็นสิ่งที่ดี แต่ไม่สมบูรณ์แบบสมมติฐาน: en.wikipedia.org/wiki/Electric-field_screening physics.stackexchange.com/ คำถาม / 14927 / … tf.uni-kiel.de/matwis/amat/elmat_en/kap_2/backbone/r2_4_2.html

— คริสเตียน B.

แต่ลองทำการทดลองด้วยความคิดเล็ก ๆ น้อย ๆ : สมมติว่าวัสดุนั้นไม่สำคัญเลย ความหมายจะเป็นว่าตัวแยกที่ไม่สมบูรณ์แบบจะทำหน้าที่เป็นวัสดุอิเล็กโทรดเช่นกันทำให้เรามีความจุใกล้อินฟินิตี้เนื่องจากระยะทาง d จะเล็กมาก (หรือไม่มีอยู่จริง?) ดังนั้นคุณพูดถูก นี่เป็นข้อสันนิษฐานที่ไม่น่าเชื่อ สมมุติว่าตัวนำที่“ ดี” ทำตัวเหมือนอิเล็กโทรดที่สมบูรณ์แบบ แต่ค่าวิกฤตนั้นเป็นอย่างไร 10 ^ 6 S / m? ถ้าคุณดัดแปลงวัสดุ เราจะเห็นพฤติกรรม "เปิด - ปิด" หรือไม่? หากมีหลักฐานเช่นนี้ฉันยินดีที่จะเห็นมัน

— คริสเตียน B.

ฟิสิกส์ที่ดีวิศวกรรมที่ไม่ดี โปรดจำไว้ว่าวัสดุแผ่นมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกบางอย่างถ้ามันเป็นตัวนำที่ไม่ดีและแม้ว่ามันจะเป็นตัวนำที่ดี ดังนั้นการแทรกซึมของสนามไฟฟ้าลงในวัสดุแผ่นจะทำให้ความจุขึ้นอยู่กับค่าคงที่ไดอิเล็กทริกนั้น แต่ไม่มาก

— richard1941

4

มันก็เหมือนกันสำหรับตัวเหนี่ยวนำ - มูลค่าของการเหนี่ยวนำยังคงไม่คำนึงถึงความนำไฟฟ้าของลวด นำไปสู่สุดขั้วและพิจารณาความเร็วของคลื่นวิทยุและวิธีที่มันแพร่กระจายผ่านอวกาศ

ความต้านทานของพื้นที่ว่างถูกกำหนดโดยความสามารถในการซึมผ่านและการอนุญาตของพื้นที่ว่างและสิ่งเหล่านี้วัดเป็นเฮนรีต่อเมตรและฟาร์เดอร์ต่อเมตรตามลำดับ แต่ไม่มีตัวนำในพื้นที่ว่าง

— แอนดี้อาคา
แหล่งที่มา

2

ในตัวเก็บประจุแบบทั่วไปประจุจะกระจุกตัวในชั้นบาง ๆ บนส่วนของขั้วไฟฟ้าแต่ละอันที่อยู่ใกล้กับขั้วไฟฟ้าประจุที่อยู่ตรงข้ามกันมากที่สุด แม้ว่าชั้นนี้จะมีความหนาที่ไม่เป็นศูนย์เสมอและระยะห่างระหว่างอนุภาคที่มีประจุแต่ละอันและพื้นผิวจะส่งผลต่อความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นจากประจุนั้นในทางปฏิบัติผลกระทบนั้นมีขนาดเล็กพอที่จะแคระ ผลกระทบ

— SuperCat
แหล่งที่มา

2

ตัวเก็บประจุที่ใช้งานได้จำนวนมากมีการพึ่งพาวัสดุตัวนำน้อยมาก Capacitor Equivalent Series Resistance (ESR) จะได้รับผลกระทบจากวัสดุแผ่นและความหนา / การจัดเส้นทางและเป็นปัจจัย จำกัด ที่สำคัญในการใช้พลังงาน สิ่งนี้ยังส่งผลต่อกระแสคายประจุสูงสุดสำหรับการใช้งานแบบพัลซิ่ง

ในระดับการปฏิบัติตัวเก็บประจุฟิล์มพลังงานจำนวนมากมีการเชื่อมโยงหลอมในโลหะเพื่อให้ส่วนที่ล้มเหลวของตัวเก็บประจุจะถูกลบออกจากวงจร (และหยดประจุ) นี่คือการพิจารณาในทางปฏิบัติที่สำคัญผูกติดอยู่กับแผ่นตัวเก็บประจุ

— MondayTuesdayWednesday
แหล่งที่มา