Dielectrics
| English | ไทย |
|---|---|
| dielectric/ˌdaɪɪˈlektrɪk/ | ไดอิเล็กทริก |
| polarised/ˈpəʊləraɪzd/ | แบ่งขั้ว |
| dielectric constant/ˌdaɪɪˈlektrɪk ˈkɒnstənt/ | ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก |
ลากฉนวนระหว่างแผ่นเข้าไปแล้วจะเก็บได้มากกว่า
- ตัวเก็บประจุจริงมักไม่มีอากาศว่างเปล่าระหว่างแผ่นไฟฟ้า
- สอดแผ่นฉนวน — หรือ ไดอิเล็กทริก — ลงไปในช่องว่างนั้น
- ทันทีที่ตัวเก็บประจุเดียวกันสามารถเก็บประจุได้มากขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าเท่าเดิม
- แผ่นฉนวนราคาถูกชิ้นหนึ่งช่วยเพิ่มค่าความจุและทำให้ทนต่อแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นได้
ไดอิเล็กทริกเกิดขั้วไฟฟ้า
- สนามไฟฟ้าของแผ่นไฟฟ้าดึงโมเลกุลของแผ่นฉนวนให้เรียงตัวกัน
- แต่ละโมเลกุลกลายเป็นคู่ $+/-$ ขนาดเล็ก — แผ่นนั้นถูก ทำให้เป็นขั้ว
- ประจุที่เรียงตัวเหล่านี้สร้างสนามไฟฟ้าของตัวเอง ตรงข้าม กับสนามไฟฟ้าของแผ่นไฟฟ้า
- สนามไฟฟ้าสุทธิระหว่างแผ่นไฟฟ้าจะ อ่อนลง
Dielectric ขั้วและลดสนามระหว่างแผ่น
ประจุที่เรียงตัวของมันต้านทานสนามของแผ่น, ลดสนามรวม
ความจุเพิ่มขึ้นตาม κ
- สนามไฟฟ้าที่อ่อนลงหมายถึงแรงดันไฟฟ้าที่น้อยลงสำหรับประจุเท่าเดิม — ดังนั้น $C$ จึง เพิ่มขึ้น
- $C = \kappa C_0$, โดยที่ $\kappa$ คือ ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก ($\kappa > 1$)
- อากาศมีค่าประมาณ $1$; พลาสติกมีค่า $2$–$5$; เซรามิกบางชนิดมีค่าสูงถึงหลักร้อย
- หากใส่แผ่น $\kappa = 3$ ค่าความจุจะ เพิ่มขึ้นสามเท่า
เพิ่ม dielectric
ดูว่าการเก็บประจุมากขึ้นที่แรงดันเดียวกันหมายถึง capacitance ที่ใหญ่ขึ้น
การใส่ไดอิเล็กทริกที่มีค่าคงที่ $\kappa$ จะทำให้ความจุเปลี่ยนเป็น:
$C = \kappa C_0$, และ $\kappa > 1$, ดังนั้น capacitance เพิ่มขึ้น
ตัวเก็บประจุ $5\ \mu\text{F}$ ใส่ไดอิเล็กทริก $\kappa = 4$. จงหาความจุใหม่ (ในหน่วยไมโครฟาราด)
$C = \kappa C_0 = 4 \times 5 = 20\ \mu\text{F}$.
สำหรับ dielectric จริงใดๆ ค่าคงที่ $\kappa$ เสมอมากกว่า ____
$\kappa > 1$ สำหรับ all dielectrics, ดังนั้น they always raise $C$
ผลกระทบ有利的ทั้งสามอย่าง
- ค่า $C$ ที่สูงขึ้น — เก็บประจุได้มากกว่าต่อหนึ่งโวลต์
- สนามไฟฟ้าที่อ่อนกว่า ภายในสำหรับประจุเท่าเดิม — ลดโอกาสเกิดการลัดวงจร
- แรงดันไฟฟ้าการแตกหักที่สูงขึ้น — ตัวเก็บประจุทนต่อแรงดันได้มากกว่าก่อนจะเกิดการอาร์ก
- แผ่นฉนวนยังช่วยยึดแผ่นไฟฟ้าให้อยู่ห่างกันด้วย
เลือก ทุก ผลกระทบของการเพิ่ม dielectric
Dielectric เพิ่ม C, ลดสนาม, และเพิ่ม breakdown voltage
สองกรณี: เชื่อมแบตเตอรี่หรือตัดออก
- เชื่อมแบตเตอรี่ไว้ ($V$ คงที่): $C$ เพิ่มขึ้น ดังนั้นประจุ $Q = CV$ จะ เพิ่มขึ้น
- ถอดแบตเตอรี่ออก ($Q$ คงที่): $C$ เพิ่มขึ้น ดังนั้นแรงดันไฟฟ้า $V = Q/C$ จะ ลดลง
- ต้องถามว่าปริมาณใดถูกกำหนดให้คงที่ ก่อน ที่จะทำนายการเปลี่ยนแปลง
- แผ่นเดียวกัน แต่เกิดผลต่างกับ $V$ และ $Q$
ใส่ dielectric mientras battery stays connected ($V$ fixed). The stored charge:
With $V$ fixed and $C$ up, $Q = CV$ increases
ตัวเก็บประจุมี $C_0 = 4\ \mu\text{F}$. ใส่ไดอิเล็กทริกที่มี $\kappa = 3$ เข้าไป
- ค่าความจุใหม่: $C = \kappa C_0 = 3 \times 4 = 12\ \mu\text{F}$
- หากยังเชื่อมกับแบตเตอรี่อยู่ ประจุที่เก็บไว้ก็เพิ่มขึ้นสามเท่าเช่นกัน
ก่อนทำนาย $V$ หรือ $Q$ ให้ตัดสินใจก่อนว่า แบตเตอรี่ยังเชื่อมอยู่หรือไม่ แบตเตอรี่เชื่อมต่อ → $V$ คงที่, $Q$ เพิ่มขึ้น. แบตเตอรี่ไม่เชื่อมต่อ → $Q$ คงที่, $V$ ลดลง. การสับสนสองกรณีนี้เป็นข้อผิดพลาดคลาสสิกเกี่ยวกับไดอิเล็กทริก
แผ่น ไดอิเล็กทริก ทำให้เป็นขั้ว ลดสนามไฟฟ้าลง ทำให้ความจุเพิ่มขึ้น: $C = \kappa C_0$ ด้วย ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก $\kappa > 1$它还เพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่แตกหักได้ เมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่แล้ว $Q$ เพิ่มขึ้น ($V$ คงที่); เมื่อตัดต่อ $V$ ลดลง ($Q$ คงที่)