Факторы, влияющие на емкость

Конструкция конденсатора зависит от трех основных факторов, определяющих величину создаваемой емкости. Все эти факторы определяют емкость, влияя на то, какой поток электрического поля (относительная разница электронов между пластинами) будет развиваться для данной величины силы электрического поля (напряжения между двумя пластинами):

ОБЛАСТЬ ПЛАСТИНЫ :При прочих равных условиях большая площадь пластины дает большую емкость; меньшая площадь пластины дает меньшую емкость.

Пояснение: Большая площадь пластины приводит к большему потоку поля (заряд, собранный на пластинах) для данной силы поля (напряжение на пластинах).

РАССТОЯНИЕ НА ПЛАСТИНАХ :При прочих равных условиях большее расстояние между пластинами дает меньшую емкость; меньшее расстояние между пластинами дает большую емкость.

Пояснение: Более близкое расстояние приводит к большей силе поля (напряжение на конденсаторе, деленное на расстояние между пластинами), что приводит к большему потоку поля (заряд, накопленный на пластинах) для любого заданного напряжения, приложенного к пластинам.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ :При прочих равных условиях большая диэлектрическая проницаемость диэлектрика дает большую емкость; меньшая диэлектрическая проницаемость диэлектрика дает меньшую емкость.

Пояснение: Хотя это сложно объяснить, некоторые материалы предлагают меньшее сопротивление потоку поля для данной величины силы поля. Материалы с большей диэлектрической проницаемостью допускают больший поток поля (предлагают меньшее сопротивление) и, следовательно, больший накопленный заряд для любой заданной величины силы поля (приложенного напряжения).

«Относительная» диэлектрическая проницаемость означает диэлектрическую проницаемость материала относительно диэлектрической проницаемости чистого вакуума. Чем больше число, тем больше диэлектрическая проницаемость материала. Стекло, например, с относительной диэлектрической проницаемостью 7, имеет в семь раз большую диэлектрическую проницаемость, чем чистый вакуум, и, следовательно, позволяет создать поток электрического поля, в семь раз более сильный, чем у вакуума, при прочих равных условиях. В следующей таблице перечислены относительные диэлектрические проницаемости (также известные как «диэлектрическая проницаемость») различных распространенных веществ:

Материал

Относительная диэлектрическая проницаемость (диэлектрическая проницаемость) Вакуум1,0000 Воздух 1,0006ПТФЭ, FEP («тефлон») 2,0Полипропилен 2,20–2,28 Смола ABS2,4–3,2 Полистирол 2,45–4,0 Вощеная бумага2,5 Трансформаторное масло2,5–4 Жесткая резина2,5–4,80 Дерево (дуб) 3,3 Силиконы3. От 4 до 4,3 Бакелит от 3,5 до 6,0 Кварц плавленый 3,8 Дерево (клен) 4,4 Стекло от 4,9 до 7,5 Касторовое масло 5,0 Дерево (береза) 5,2 Слюда, мусковит от 5,0 до 8,7 Стекловолоконная слюда от 6,3 до 9,3 Фарфор, стеатит6,5 Глинозем8 От 0,0 до 10,0 Дистиллированная вода 80,0 Барий-стронций-титанит 7500

Приблизительное значение емкости для любой пары разделенных проводников можно найти по следующей формуле:

Конденсатор можно сделать переменным, а не фиксированным по величине, изменяя любой из физических факторов, определяющих емкость. Один относительно простой фактор, который можно изменить в конструкции конденсатора, - это площадь пластины или, точнее, величина перекрытия пластин.

На следующей фотографии показан пример переменного конденсатора, использующего набор чередующихся металлических пластин и воздушный зазор в качестве диэлектрического материала:

При вращении вала степень перекрытия наборов пластин друг с другом будет изменяться, изменяя эффективную площадь пластин, между которыми может быть установлено концентрированное электрическое поле. Этот конкретный конденсатор имеет емкость в пикофарад и находит применение в радиосхемах.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист конденсаторов
• Таблица "Алгебраическая замена электрических цепей".