Mengapa jarak antara pelat kapasitor mempengaruhi kapasitansi?

Mengapa kapasitansi kapasitor meningkat ketika pelatnya lebih dekat dalam jarak satu sama lain?

Pendekatan intuitif: jika jarak tidak menjadi faktor maka Anda akan dapat menempatkan pelat pada jarak yang tak terbatas terpisah dan masih memiliki kapasitansi yang sama. Itu tidak masuk akal. Anda akan mengharapkan kapasitansi nol.
Jika kapasitor diisi ke tegangan tertentu, kedua pelat menahan pembawa muatan dengan muatan berlawanan. Biaya berlawanan saling menarik satu sama lain, menciptakan medan listrik,

dan daya tarik semakin kuat semakin dekat mereka. Jika jarak menjadi terlalu besar, tuduhan itu tidak lagi merasakan kehadiran satu sama lain; medan listrik terlalu lemah.

Gambar 1 sampai 4: Kapasitor:

Jelaslah bahwa ketika jarak antara pelat menurun, kemampuan mereka untuk menahan muatan meningkat.

gbr.1 = Jika ada jarak tak terbatas antara pelat, bahkan satu muatan saja akan mengusir muatan lebih lanjut untuk masuk ke pelat.

gbr.2 = jika pelat taruhan jarak berkurang, mereka dapat menahan lebih banyak muatan karena tarik-menarik dari pelat bermuatan berlawanan.

gbr.4 = dengan jarak minimum antara pelat, tarikan maksimum di antara keduanya memungkinkan keduanya menahan jumlah muatan maksimum.

Sebagai Kapasitansi C = q / V, C bervariasi dengan q jika V tetap sama (terhubung ke sumber elec potensial tetap). Jadi, dengan penurunan jarak q meningkat, dan C meningkat.

Ingat, bahwa untuk setiap kapasitor pelat paralel V tidak terpengaruh oleh jarak, karena: V = W / q (pekerjaan dilakukan per unit muatan dalam membawanya dari atas piring ke yang lain)

dan W = F xd

dan F = qx E

jadi, V = F xd / q = qx E xd / q

V = E xd Jadi, jika pelat taruhan d (jarak) meningkat, E (kekuatan medan listrik) akan drecrese dan V akan tetap sama.

Kapasitansi adalah biaya per EMF. Khususnya Farad adalah Coulombs per volt. Saat Anda memindahkan pelat lebih dekat pada voltase yang sama, medan E di antara keduanya (Volts per meter) meningkat (Volts adalah sama, meter semakin kecil). Bidang E yang lebih kuat ini dapat menahan lebih banyak muatan pada pelat. Ingatlah bahwa muatan di piring sebaliknya akan saling tolak. Dibutuhkan bidang E untuk menyimpannya di sana, dan semakin kuat bidang E semakin banyak biaya yang dapat disimpan di sana. Muatan yang lebih tinggi pada tegangan yang sama berarti kapasitansi yang lebih tinggi (lebih banyak Coulomb pada Volts yang sama).

Untuk mendapatkan teknis, Anda ingin melihat hukum Coulomb . Ini menyatakan itu

"Besarnya gaya interaksi elektrostatik antara dua muatan titik berbanding lurus dengan perkalian skalar dari besaran muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya." - Wikipedia

Rumus untuk ini adalah:

$F = k_e \frac{q_1 q_2}{r^2}$

$F$$k_e$$r$$q_1$$q_2$

Ada bentuk lain dari persamaan - seperti ini khusus untuk medan listrik:

$E = \frac{1}{4\pi\epsilon_0}\frac{q}{r^2}$

$r$$q$

Jika Anda ingin mulai benar - benar teknis maka Anda harus mulai membaca tentang mekanika kuantum dan interaksi antara partikel dan energi yang terlibat di dalamnya.

Ketika dua partikel (katakanlah elektron dalam kasus ini) berinteraksi, mereka mengirim partikel kuantum di antara mereka (foton). Ini, seperti tikus di ruang bawah tanah, membutuhkan energi untuk bergerak. Semakin besar jarak semakin tinggi energi. Semakin tinggi energi yang diambil untuk memindahkan foton, semakin rendah muatan yang tersisa di antara kedua pelat.

Itu pandangan yang sangat sederhana tentang itu dan ada satu hal yang lebih detail di sana untuk ditemukan - hal-hal seperti Quantum Tunneling, Leptons, Fermions, Bosons, dll. Ini bacaan yang menarik jika Anda punya waktu. Saya akan merekomendasikan Steven Hawking's A Brief History of Time sebagai titik awal yang baik. Lanjutkan dengan Superstring F. David Peat dan Pencarian Teori Segalanya dan Anda tidak akan salah. Sementara kedua buku ini agak lama di gigi sekarang dan teorinya semua masih berkembang, mereka memberikan wawasan yang baik tentang cara kerja alam semesta pada tingkat subatomik.

Hal utama yang perlu dipahami adalah bahwa jika sebuah piring memiliki lebih banyak elektron yang masuk daripada keluar, itu akan membangun muatan negatif yang akan berfungsi untuk mengusir elektron dari masuk lagi (demikian juga untuk sebuah piring dengan lebih banyak elektron yang meninggalkan daripada kedatangan) . Tidak akan membutuhkan banyak elektron yang masuk ke plat terisolasi untuk mengisi muatan hingga jutaan volt. Namun, jika ada pelat bermuatan positif dekat pelat bermuatan negatif, pelat bermuatan positif akan mencoba menarik elektron ke arahnya sendiri dan akibatnya ke pelat negatif (demikian juga pelat bermuatan negatif akan mencoba mendorong elektron menjauh dari itu sendiri dan akibatnya jauh dari lempeng positif). Gaya dari pelat positif yang mencoba menarik elektron tidak dapat sepenuhnya menyeimbangkan kekuatan pelat negatif yang mencoba mendorongnya, tetapi jika pelat berdekatan, ia dapat mengimbanginya secara signifikan. Sayangnya, jika pelat terlalu dekat, pelat tidak akan mampu menumpuk terlalu banyak muatan sebelum elektron mulai melompat dari satu pelat ke pelat lainnya.

Ternyata ada trik untuk meringankan masalah ini. Beberapa bahan memungkinkan elektron untuk bergerak di dalamnya, tetapi mereka tidak mengizinkan elektron masuk atau pergi. Menempatkan bahan seperti itu (disebut dielektrik) antara kedua pelat dapat sangat meningkatkan kinerja kapasitor. Apa yang terjadi, pada dasarnya, adalah bahwa perbedaan muatan antara pelat negatif dan positif menggerakkan elektron di dielektrik menuju yang positif. Sisi listrik menuju plat negatif dengan demikian memiliki kekurangan relatif elektron, menarik elektron menuju plat negatif, sedangkan sisi menuju plat positif memiliki kelebihan elektron, mendorong elektron menjauh dari plat positif. Perilaku ini dapat meningkatkan kinerja kapasitor dengan banyak pesanan.