Điều gì quyết định điện dung của một tụ điện?

Tụ điện được thiết kế để lưu trữ tạm thời năng lượng điện dưới dạng thế năng được phân chia trong không gian thành các điện tích dương và âm, nghĩa là ở dạng điện trường trong không gian giữa chúng. Theo đó, một tụ điện bao gồm ba thành phần chính: hai bản dẫn điện, trên đó các điện tích riêng biệt được đặt trong một tụ điện tích và một lớp điện môi nằm giữa các bản.

Các tấm tụ điện, tùy thuộc vào loại sản phẩm điện này, có thể được chế tạo theo nhiều cách khác nhau, từ các tấm nhôm đơn giản được quấn trên một cuộn bằng lớp xen kẽ giấy, đến các tấm oxy hóa hóa học hoặc một lớp điện môi kim loại. Trong mọi trường hợp, có một lớp điện môi và một tấm giữa nó được cố định chặt chẽ - về cơ bản đây là một tụ điện.

Chất điện môi có thể là giấy, mica, polypropylen, tantali hoặc vật liệu cách điện phù hợp khác có hằng số điện môi và độ bền điện cần thiết.

Như đã biết, năng lượng của các điện tích phân tách trong không gian bằng tích của lượng điện tích Q dịch chuyển (từ vật này sang vật khác) với hiệu điện thế giữa các vật mang điện U.

Vì vậy, năng lượng của các điện tích riêng biệt trên các bản tụ điện không chỉ phụ thuộc vào số lượng điện tích riêng biệt mà còn phụ thuộc vào các thông số của các bản của nó và chất điện môi, vì chất điện môi khi bị phân cực sẽ lưu trữ năng lượng dưới dạng điện trường. cường độ xác định hiệu điện thế U giữa các điện tích riêng biệt nằm trên các bản của tụ điện.

Vì hiệu điện thế giữa các điện tích phân bố trong không gian phụ thuộc vào cường độ điện trường và vào khoảng cách giữa chúng. Trên thực tế - về độ dày của chất điện môi giữa các bản tích điện khi nói đến tụ điện.

Đồng thời, diện tích chồng lấp của các tấm A càng lớn và hằng số điện môi tuyệt đối (và tương đối) của chất điện môi càng lớn — các điện tích phân tách nằm trên các tấm càng hút nhau càng mạnh — càng nhiều. đáng kể năng lượng tiềm năng của chúng—nguồn EMF sẽ càng cần nhiều công việc hơn để sạc điện cho tụ điện đó.

Bằng cách tách các điện tích trong quá trình chuyển các electron từ tấm này sang tấm khác, nguồn EMF thực hiện chính xác khối lượng công việc sạc tụ điện như vậy, khối lượng sẽ giống hệt nhau năng lượng của một tụ điện tích điện.

Với sự không liên tục này, năng lượng của tụ điện tích điện, ngoài lượng điện tích truyền từ bản này sang bản khác, (có thể khác) sẽ phụ thuộc vào diện tích chồng lấn của các bản A, vào khoảng cách giữa các bản d , và trên hằng số điện môi tuyệt đối của chất điện môi e.

Các tham số xác định cấu tạo của một tụ điện cụ thể này là không đổi, tỷ lệ tổng hợp của chúng có thể được gọi là điện dung của tụ điện C. Sau đó, chúng ta có thể tự tin nói rằng điện dung của tụ điện C phụ thuộc vào diện tích chồng lấp của các bản A , trên khoảng cách giữa chúng d và của hằng số điện môi e.

Sự phụ thuộc của điện dung vào các tham số này là rất dễ hiểu nếu chúng ta xem xét một tụ điện phẳng.

Diện tích chồng lấp của các bản của nó càng lớn thì dung lượng của tụ điện càng lớn do các điện tích tương tác trên một diện tích lớn hơn.

Khoảng cách giữa các bản càng nhỏ (thực tế là độ dày của lớp điện môi) thì dung lượng của tụ điện càng lớn, do lực tương tác của các điện tích càng tăng khi chúng tiến lại gần.

Hằng số điện môi của chất điện môi giữa các bản càng lớn thì điện dung của tụ điện càng lớn, vì cường độ điện trường giữa các bản càng lớn.

Xem thêm:Tại sao tụ điện được sử dụng trong các mạch điện? VàTụ điện và Pin - Đâu là sự khác biệt?