ตัวเก็บประจุ (Capacitors)
| English | ไทย |
|---|---|
| capacitor/kəˈpæsɪtə/ | ตัวเก็บประจุ |
| capacitance/kəˈpæsɪtəns/ | ความจุไฟฟ้า |
| farad/ˈfæræd/ | ฟาราด |
อุปกรณ์ที่เก็บประจุและปล่อยออกมาในพริบตา
- ไฟแฟลชในกล้องชาร์จอย่างเงียบๆ แล้วปล่อยพลังงานทั้งหมดในพริบตา
- ส่วนที่เก็บประจุนั้นคือ คาปาซิเตอร์
- มันคือตัวนำสองชิ้นที่เก็บประจุเท่ากันแต่ตรงข้ามกัน
- คาปาซิเตอร์ปรากฏในทุกวงจร ตัวจับเวลา และแหล่งจ่ายไฟ
ความจุ = ประจุต่อโวลต์
- ความจุ $C$ วัดจำนวนประจุที่คาปาซิเตอร์เก็บได้ต่อโวลต์
- $C = \dfrac{Q}{V}$, ในหน่วย ฟารัด (1 F $= 1$ C/V)
- ประจุมากขึ้นสำหรับแรงดันไฟฟ้าเท่ากันหมายความว่า $C$ มากขึ้น
- แผ่นทั้งสองจะ ALWAYS carried $+Q$ และ $-Q$ — เท่ากันและตรงข้ามกัน
ชาร์จ Capacitor
เปลี่ยนแรงดันและความห่างของแผ่นแล้วดูว่าประจุที่เก็บและสนามตอบสนองอย่างไร
ความจุไฟฟ้านิยามว่า:
$C = Q/V$, ประจุที่เก็บต่อหนึ่งโวลต์, ในหน่วย فارา
หน่วย SI ของ capacitance คือ ____
1 farad $= 1$ C/V
รูปทรงกำหนดความจุ
- สำหรับแผ่นขนาน: $C = \dfrac{\varepsilon_0 A}{d}$
- แผ่นที่ใหญ่ขึ้น (พื้นที่มากขึ้น $A$) เก็บประจุได้มากกว่า — $C$ มากขึ้น
- แผ่นที่ใกล้กัน (ช่องว่างเล็กลง $d$) เก็บประจุได้มากกว่า — $C$ มากขึ้น
- $C$ ขึ้นอยู่กับรูปร่างและขนาดเท่านั้น ไม่ขึ้นอยู่กับ $Q$ หรือ $V$
เพื่อเพิ่ม capacitance ของ parallel-plate capacitor คุณทำได้:
$C = \varepsilon_0 A/d$: ช่องว่างเล็กลง $d$ ทำให้ $C$ เพิ่มขึ้น. โวลต์tage ไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อ $C$
Capacitance ของคู่แผ่นคงที่ไม่เปลี่ยนเมื่อคุณเพิ่มแรงดัน
$C$ ขึ้นอยู่กับ hìnhทรง เท่านั้น;higher $V$ เก็บ $Q$ มากขึ้น
พลังงานที่เก็บไว้
- การชาร์จคาปาซิเตอร์เก็บพลังงานไว้ในสนาม: $U = \tfrac12 C V^2$
- รูปแบบเทียบเท่า: $U = \tfrac12 QV = \dfrac{Q^2}{2C}$
- แฟลชจะปล่อยพลังงานนี้อย่างรวดเร็วเพื่อสร้างพัลส์แสงสว่าง
- เพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่า คุณจะเก็บพลังงาน สี่เท่า
A $2\ \text{F}$ capacitor ถูกชาร์จถึง $3\ \text{V}$. หาพลังงานที่เก็บ (ใน J).
$U = \tfrac12 CV^2 = \tfrac12 (2)(3^2) = 9\ \text{J}$.
สนามระหว่างแผ่น
- ระหว่างแผ่น สนามเป็น สม่ำเสมอ: $E = \dfrac{V}{d}$
- ดันแผ่นให้ใกล้กัน ($d$ เล็กลง) และ $V$ เดิมจะให้สนามที่แข็งแรงขึ้น
- ถ้าแรงเกินไป ช่องว่างจะเกิดประกายไฟ — ขั้วแรงดันสูงสุดของคาปาซิเตอร์
- สนามสม่ำเสมอนี้คือภาพแผ่นขนานจากหน่วยสนามไฟฟ้า
เลือก ทุก ข้อความที่ถูกต้องเกี่ยวกับ capacitors
ประจุเท่ากัน/ตรงข้าม, C จาก hìnhทรง, พลังงาน ½CV². การเพิ่ม V ไม่ทำให้ C เปลี่ยน
แผ่นสองแผ่นที่มีพื้นที่ $0.02\ \text{m}^2$ วางห่างกัน $1\ \text{mm}$ หา $C$. ($\varepsilon_0 = 8.85\times10^{-12}$.)
- $C = \dfrac{\varepsilon_0 A}{d} = \dfrac{(8.85\times10^{-12})(0.02)}{0.001}$.
- $C \approx 1.8\times10^{-10}\ \text{F} = 180\ \text{pF}$.
$C$ ถูกกำหนดโดย เรขาคณิต เพียงอย่างเดียว — พื้นที่และช่องว่าง การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าไม่ได้เปลี่ยน $C$; มันแค่ดัน ประจุมากขึ้น按比例 onto the same capacitor ($Q = CV$).
ตัวเก็บประจุ เก็บประจุที่มีขนาดเท่ากันแต่มีเครื่องหมายตรงข้ามกันบนแผ่นทั้งสอง: ความจุไฟฟ้า $C = Q/V$ (ฟาราด) สำหรับแผ่นขนาน $C = \varepsilon_0 A/d$ — ขึ้นอยู่กับเรขาคณิตเท่านั้น มันเก็บพลังงาน $U = \tfrac12 CV^2$ และมีสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ $E = V/d$ ระหว่างแผ่น