خازن ها از دو صفحه رسانای موازی (معمولاً فلزی) تشکیل شده اند که از تماس با یکدیگر (جدا شدن) توسط ماده ای عایق به نام "دی الکتریک" جلوگیری می شود. هنگامی که یک ولتاژ به این صفحات اعمال می شود، جریان الکتریکی جریان می یابد و یک صفحه با بار مثبت نسبت به ولتاژ تغذیه و صفحه دیگر با بار منفی برابر و مخالف شارژ می شود.
سپس، یک خازن این توانایی را دارد که بتواند بار الکتریکی Q (واحد بر حسب کولن) الکترون را ذخیره کند. هنگامی که یک خازن به طور کامل شارژ می شود، یک اختلاف پتانسیل (p.d.) بین صفحات آن وجود دارد و هر چه مساحت صفحات بزرگتر باشد و/یا فاصله بین آنها کمتر باشد (که به عنوان جداسازی شناخته می شود)، بار خازن بیشتر خواهد بود. می تواند نگه دارد و ظرفیت آن بیشتر خواهد بود.
توانایی خازن برای ذخیره این بار الکتریکی (Q) بین صفحات آن متناسب با ولتاژ اعمال شده V برای خازن با ظرفیت مشخص در فاراد است. توجه داشته باشید که ظرفیت C همیشه مثبت است و هرگز منفی نیست.
هرچه ولتاژ اعمال شده بیشتر باشد، بار بیشتری روی صفحات خازن ذخیره می شود. به همین ترتیب، هرچه ولتاژ اعمال شده کمتر باشد، شارژ کمتری دارد. بنابراین، بار واقعی Q روی صفحات خازن را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
شارژ روی خازن
ظرفیت و شارژ روی یک خازن
کجا: Q (شارژ، بر حسب کولن) = C (خازن، بر حسب فاراد) x V (ولتاژ، بر حسب ولت)
گاهی اوقات به خاطر سپردن این رابطه با استفاده از تصاویر آسان تر است. در اینجا سه کمیت Q، C و V در یک مثلث قرار گرفته اند که در بالا با ظرفیت و ولتاژ در پایین، شارژ می دهد. این ترتیب، موقعیت واقعی هر کمیت را در فرمول های شارژ خازن نشان می دهد.
شارژ خازن
و با جابجایی معادله فوق ترکیبات زیر از همان معادله را به ما می دهد:
معادله شارژ خازن
واحدهای: Q با کولن، V بر حسب ولت و C بر حسب فاراد اندازه گیری می شود.
سپس از بالا می توان واحد خازن را به عنوان ثابت تناسب برابر کولن/ولت تعریف کرد که به آن فاراد، واحد F نیز می گویند.
از آنجایی که ظرفیت خازن نشان دهنده توانایی (ظرفیت) خازن برای ذخیره بار الکتریکی بر روی صفحات آن است، می توانیم یک فاراد را به عنوان "ظرفیت خازنی که برای ایجاد اختلاف پتانسیل یک ولت بین صفحات خود به شارژ یک کولن نیاز دارد" تعریف کنیم. توصیف شده توسط مایکل فارادی. بنابراین هر چه ظرفیت خازن بزرگتر باشد، مقدار بار ذخیره شده روی خازن برای همان مقدار ولتاژ بیشتر است.
توانایی خازن برای ذخیره بار روی صفحات رسانای خود به آن مقدار ظرفیت خازنی می دهد. ظرفیت خازنی را می توان از ابعاد یا مساحت، A صفحات و خواص مواد دی الکتریک بین صفحات نیز تعیین کرد. اندازه گیری ماده دی الکتریک با گذردهی (ε) یا ثابت دی الکتریک داده می شود. بنابراین راه دیگری برای بیان ظرفیت خازن این است:
خازن با هوا به عنوان دی الکتریک آن
ظرفیت دی الکتریک هوا
خازن با دی الکتریک جامد
ظرفیت دی الکتریک جامد
در جایی که A مساحت صفحات بر حسب متر مربع است، متر مربع با مساحت بزرگتر، خازن بار بیشتری می تواند ذخیره کند. d فاصله یا جدایی بین دو صفحه است.
هرچه این فاصله کمتر باشد، توانایی صفحات برای ذخیره بار بیشتر است، زیرا بار -ve در صفحه باردار -Q تأثیر بیشتری بر صفحه باردار +Q دارد و در نتیجه الکترون های بیشتری از + دفع می شود. صفحه شارژ Q، و در نتیجه افزایش شارژ کلی.
ε0 (اپسیلون) مقدار گذردهی هوا است که 8.854 x 10-12 F/m است و εr گذردهی محیط دی الکتریک مورد استفاده بین دو صفحه است.
خازن صفحه موازی
خازن صفحه موازی
قبلاً گفتیم که ظرفیت خازن صفحه موازی با سطح A متناسب است و با فاصله d بین دو صفحه نسبت معکوس دارد و این در مورد محیط دی الکتریک هوا صادق است. با این حال، مقدار ظرفیت خازن را می توان با قرار دادن یک محیط جامد در بین صفحات رسانا که دارای ثابت دی الکتریک بیشتر از هوا است، افزایش داد.
مقادیر معمولی اپسیلون ε برای مواد دی الکتریک متداول مختلف عبارتند از: هوا = 1.0، کاغذ = 2.5 - 3.5، شیشه = 3 - 10، میکا = 5 - 7 و غیره.
عاملی که ماده دی الکتریک یا عایق، ظرفیت خازن را در مقایسه با هوا افزایش می دهد، ثابت دی الکتریک (k) شناخته می شود. "k" نسبت گذردهی محیط دی الکتریک مورد استفاده به گذردهی فضای آزاد است که در غیر این صورت خلاء نامیده می شود.
خازن ها از دو صفحه رسانای موازی (معمولاً فلزی) تشکیل شده اند که از تماس با یکدیگر (جدا شدن) توسط ماده ای عایق به نام "دی الکتریک" جلوگیری می شود. هنگامی که یک ولتاژ به این صفحات اعمال می شود، جریان الکتریکی جریان می یابد و یک صفحه با بار مثبت نسبت به ولتاژ تغذیه و صفحه دیگر با بار منفی برابر و مخالف شارژ می شود.
سپس، یک خازن این توانایی را دارد که بتواند بار الکتریکی Q (واحد بر حسب کولن) الکترون را ذخیره کند. هنگامی که یک خازن به طور کامل شارژ می شود، یک اختلاف پتانسیل (p.d.) بین صفحات آن وجود دارد و هر چه مساحت صفحات بزرگتر باشد و/یا فاصله بین آنها کمتر باشد (که به عنوان جداسازی شناخته می شود)، بار خازن بیشتر خواهد بود. می تواند نگه دارد و ظرفیت آن بیشتر خواهد بود.
توانایی خازن برای ذخیره این بار الکتریکی (Q) بین صفحات آن متناسب با ولتاژ اعمال شده V برای خازن با ظرفیت مشخص در فاراد است. توجه داشته باشید که ظرفیت C همیشه مثبت است و هرگز منفی نیست.
هرچه ولتاژ اعمال شده بیشتر باشد، بار بیشتری روی صفحات خازن ذخیره می شود. به همین ترتیب، هرچه ولتاژ اعمال شده کمتر باشد، شارژ کمتری دارد. بنابراین، بار واقعی Q روی صفحات خازن را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
شارژ روی خازن
ظرفیت و شارژ روی یک خازن
کجا: Q (شارژ، بر حسب کولن) = C (خازن، بر حسب فاراد) x V (ولتاژ، بر حسب ولت)
گاهی اوقات به خاطر سپردن این رابطه با استفاده از تصاویر آسان تر است. در اینجا سه کمیت Q، C و V در یک مثلث قرار گرفته اند که در بالا با ظرفیت و ولتاژ در پایین، شارژ می دهد. این ترتیب، موقعیت واقعی هر کمیت را در فرمول های شارژ خازن نشان می دهد.
شارژ خازن
و با جابجایی معادله فوق ترکیبات زیر از همان معادله را به ما می دهد:
معادله شارژ خازن
واحدهای: Q با کولن، V بر حسب ولت و C بر حسب فاراد اندازه گیری می شود.
سپس از بالا می توان واحد خازن را به عنوان ثابت تناسب برابر کولن/ولت تعریف کرد که به آن فاراد، واحد F نیز می گویند.
از آنجایی که ظرفیت خازن نشان دهنده توانایی (ظرفیت) خازن برای ذخیره بار الکتریکی بر روی صفحات آن است، می توانیم یک فاراد را به عنوان "ظرفیت خازنی که برای ایجاد اختلاف پتانسیل یک ولت بین صفحات خود به شارژ یک کولن نیاز دارد" تعریف کنیم. توصیف شده توسط مایکل فارادی. بنابراین هر چه ظرفیت خازن بزرگتر باشد، مقدار بار ذخیره شده روی خازن برای همان مقدار ولتاژ بیشتر است.
توانایی خازن برای ذخیره بار روی صفحات رسانای خود به آن مقدار ظرفیت خازنی می دهد. ظرفیت خازنی را می توان از ابعاد یا مساحت، A صفحات و خواص مواد دی الکتریک بین صفحات نیز تعیین کرد. اندازه گیری ماده دی الکتریک با گذردهی (ε) یا ثابت دی الکتریک داده می شود. بنابراین راه دیگری برای بیان ظرفیت خازن این است:
خازن با هوا به عنوان دی الکتریک آن
ظرفیت دی الکتریک هوا
خازن با دی الکتریک جامد
ظرفیت دی الکتریک جامد
در جایی که A مساحت صفحات بر حسب متر مربع است، متر مربع با مساحت بزرگتر، خازن بار بیشتری می تواند ذخیره کند. d فاصله یا جدایی بین دو صفحه است.
هرچه این فاصله کمتر باشد، توانایی صفحات برای ذخیره بار بیشتر است، زیرا بار -ve در صفحه باردار -Q تأثیر بیشتری بر صفحه باردار +Q دارد و در نتیجه الکترون های بیشتری از + دفع می شود. صفحه شارژ Q، و در نتیجه افزایش شارژ کلی.
ε0 (اپسیلون) مقدار گذردهی هوا است که 8.854 x 10-12 F/m است و εr گذردهی محیط دی الکتریک مورد استفاده بین دو صفحه است.
خازن صفحه موازی
خازن صفحه موازی
قبلاً گفتیم که ظرفیت خازن صفحه موازی با سطح A متناسب است و با فاصله d بین دو صفحه نسبت معکوس دارد و این در مورد محیط دی الکتریک هوا صادق است. با این حال، مقدار ظرفیت خازن را می توان با قرار دادن یک محیط جامد در بین صفحات رسانا که دارای ثابت دی الکتریک بیشتر از هوا است، افزایش داد.
مقادیر معمولی اپسیلون ε برای مواد دی الکتریک متداول مختلف عبارتند از: هوا = 1.0، کاغذ = 2.5 - 3.5، شیشه = 3 - 10، میکا = 5 - 7 و غیره.
عاملی که ماده دی الکتریک یا عایق، ظرفیت خازن را در مقایسه با هوا افزایش می دهد، ثابت دی الکتریک (k) شناخته می شود. "k" نسبت گذردهی محیط دی الکتریک مورد استفاده به گذردهی فضای آزاد است که در غیر این صورت خلاء نامیده می شود.
sero motor