Mengapa kapasitansi tidak tergantung pada bahan pelat?

14

Sebagai seorang siswa, belajar tentang kapasitor setelah memahami apa itu resistor, cukup mengejutkan untuk dicatat bahwa kapasitansi tidak tergantung pada sifat pelat yang digunakan, setidaknya dalam semua jenis kapasitor yang saya kenal.

Saya dibimbing, "itu tidak ada bedanya selama lempengan-lempengan itu berada." Benarkah itu?

capacitor

— animul
sumber

6

Ya, itu tidak ada bedanya selama piring dapat menyimpan muatan. Faktor pembeda adalah area pelat (Lebih banyak muatan) untuk meningkatkan kapasitansi dan pemisahan antara dua pelat merupakan faktor pembatas. Jika Anda baru, saya SANGAT menyarankan Anda membaca halaman SELURUH wikipedia tentang kapasitor dan mencoba untuk benar-benar berpikir tentang mengapa persamaan dirumuskan seperti apa adanya. Lihatlah setiap parameter dan cobalah untuk menghubungkannya satu sama lain.

— Sorenp

8

Apa yang Anda pelajari adalah kapasitor ideal , terbuat dari bahan dengan nol hambatan listrik. Tentu saja hal seperti itu tidak ada, tetapi jika resistansi kecil, itu adalah perkiraan yang cukup bagus. Dalam dunia nyata aplikasi kapasitor yang dipengaruhi oleh hambatan listrik mereka (bahkan jika mereka terbuat dari konduktor yang baik seperti lembaran logam, lembaran sangat tipis) dan dapat dianggap sebagai kapasitor ideal dalam seri dengan resistor. Nilai efektif resistor ditentukan dalam lembar data kapasitor, dan untuk beberapa penggunaan kapasitor nilainya sangat penting.

— alephzero

Pikirkan kapasitansi sebagai efek permukaan pada permukaan (konduktor) yang berdekatan; dan yang bergantung pada bahan (dielektrik) di antara lapisan-lapisan muatan permukaan ini (karena ini mempengaruhi seberapa kuat satu lapisan melihat yang lain) - maka tidak ada hal lain tentang konduktor yang penting.

— FlatEarther

1

Saat Anda mendapatkan pengalaman, Anda akan merasakan batas-batas model elemen sirkuit yang ideal. Sebagai contoh, sementara sebuah rangkaian RC secara teori dapat bekerja dengan baik dengan 1-ohm R dan 1-mF C, Anda akan mengembangkan intuisi bahwa lebih baik menggunakan 1-kohm R dan 1-uF C.

— MooseBoys

dalam desain kapasitor pada silikon, ohm / kuadrat pelat menjadi masalah besar untuk perilaku transien, dan desain pola kontak logam-polisilikon adalah satu derajat kebebasan bagi insinyur. Saya menggunakan kontak sebagai bagian dari peredam untuk daya LC / kebersihan VDD.

— analogsystemsrf

23

Ya itu benar, kapasitansi adalah:

$C = \frac q V$

di mana q adalah muatan dan V tegangan antara pelat.

Selama muatan $q$ dapat "bertahan" hubungan ini berlaku. Maksud saya, tidak perlu memiliki konduktor yang "baik" karena muatannya statis , tidak bergerak.

Jadi selama tegangan tertentu $V$ diterapkan menghasilkan muatan $q$ tertentu untuk berada di pelat kapasitor maka $C$ dapat ditentukan.

Tidak masalah jika pelat tersebut merupakan konduktor yang buruk (resistansi tinggi) karena akan membutuhkan waktu lebih lama untuk semua muatan untuk mencapai lokasi akhirnya. Dalam keadaan akhir tidak akan ada perbedaan dibandingkan dengan kapasitor dengan pelat konduktor dengan baik karena jumlah muatannya akan sama.

Hanya jika Anda melihat perilaku dinamis dari sebuah kapasitor (bagaimana responsnya terhadap perubahan tegangan cepat) Anda akan melihat pengaruh konduktivitas pelat. Dalam urutan pertama kapasitor akan menunjukkan resistensi seri tambahan .

— Bimpelrekkie
sumber

1

tolong jelaskan bahwa Anda berbicara tentang model teoretis yang memiliki "rentang penerimaan" tetapi juga batasannya.

— Christian B.

4

@ChristianB. Jika Anda memperhitungkan "semuanya" maka pasti, saya mengerti maksud Anda (dan jawaban Anda juga). Namun ketika mempelajari hal-hal baru, menurut saya jauh lebih mudah untuk menyederhanakan hal-hal dan hanya melihat fenomena "urutan pertama". Dengan begitu Anda tidak membingungkan mereka yang baru mengenal subjek, seperti OP yang hanya ingin memahami konsep dasar. Ketika jawaban "dunia terbatas dan sederhana" saya dipahami, akan lebih mudah untuk masuk lebih dalam dan mempertimbangkan jawaban Anda.

— Bimpelrekkie

Saya baik-baik saja dengan penyederhanaan dan pemodelan selama satu menjelaskan bahwa itu adalah model. Kita sudah harus banyak ppl yang "percaya" bahwa model adalah kenyataan. Ini dapat dengan mudah mengarah pada perilaku religius dan menghambat kemajuan (lihat sejarah teori relativitas dan fisika kuantum) di satu sisi dan bahkan kehilangan kepercayaan pada pengetahuan ilmiah jika ppl menyadari bahwa mereka menemukan "lubang logika" di salah satu teori meskipun mereka mungkin hanya "mencapai" keterbatasan model (bandingkan dengan jumlah pendatar bumi yang meningkat).

— Christian B.

2

Tolong jangan salah paham. Saya benar-benar baik-baik saja dengan model sederhana tetapi kita harus memastikan bahwa mereka dianggap seperti itu. Terutama jika seseorang bertanya apakah model adalah keseluruhan cerita seperti OP.

— Christian B.

19

Bagian aktif dari kapasitor adalah dielektrik. Di situlah energi disimpan, di situlah tegangan dikembangkan. Pelat hanya mengangkut arus ke tempat yang tepat. Resistansi yang tinggi di sini bisa membuat kapasitor lossy, tetapi tidak akan mengubah kapasitansi.

Dalam banyak cara yang sama, resistansi dari sebuah resistor tergantung pada material dan geometri dari bagian resistif, bukan pada lead.

Bagian aktif dari induktor adalah besi, ferit atau ruang udara di dalam kumparan, karena di situlah energi disimpan. Kabel resistansi tinggi akan membuat induktor rugi, tetapi tidak akan mengubah induktansi.

— Neil_UK
sumber

2

Ini harus menjadi jawaban yang diterima!

— nigel222

Ya, tanpa keraguan, inilah jawaban terbaik saat ini.

— Dawood mengatakan mengembalikan Monica

6

$N_A = 6×10^{23}$ $C = 6×10^{18}e$ , jadi 1 mol logam memiliki pembawa muatan yang cukup untuk 100000 C, dengan asumsi satu elektron seluler per atom. Dalam kapasitor 1000μF pada 100V dengan pelat Aluminium, hanya 27μg atom Aluminium yang harus menyumbangkan / menerima satu elektron untuk menahan muatan, sisa atom tetap netral. Dengan asumsi berat pelat 5g, itu adalah 99,9995% atom netral ditambah 0,0005% atom yang kehilangan satu elektron. Jelas, kapasitor khas akan gagal karena kerusakan jauh sebelum kurangnya pembawa muatan di piring akan menjadi jelas.

Segala sesuatu berubah dalam semikonduktor, di mana jumlah operator gratis jauh lebih kecil dan tergantung pada doping. Meski begitu, seringkali lebih mudah untuk menghitung kapasitansi sebagai perkiraan statis, dengan asumsi bahwa pelat tetap konduktif sempurna dan hanya jarak di antara mereka yang berubah seiring bertambahnya daerah penipisan. Namun, hal ini tidak selalu mungkin: dalam proses dinamis cepat, kapasitansi persimpangan hanya dapat dijelaskan secara memadai menggunakan persamaan untuk aliran muatan (misalnya yang ini ), dan solusinya memang tergantung pada bahan pelat.

— Dmitry Grigoryev
sumber

5

Sepengetahuan saya, memilih material itu penting - bahkan untuk kasus statis. Jika tidak, hal itu akan menyiratkan bahwa sebagian besar isolator dapat digunakan sebagai elektroda juga karena kemungkinan residu keberadaan pembawa muatan di dalamnya. Beberapa pemikiran dan karya ilmiah mengapa pilihan bahan elektroda penting: DOI: 10.1109 / 16.753713 dan doi.org/10.1063/1.1713297 untuk menyebutkan beberapa saja. Masalahnya adalah bahwa model yang Anda pelajari adalah perkiraan yang baik. Tidak lebih, tidak kurang. Alasan utama mengapa materi elektroda penting adalah bahwa bidang EM menjangkau konduktor juga bahkan untuk kasus statis.

LT; DR tahu batas model Anda: Itu penting tetapi sering kali diabaikan.

— Kristen B.
sumber

Bukan untuk kapasitansi statis, tidak.

— Carl Witthoft

Bagus. mari kita mulai diskusi earther datar yang khas: itu penting, tidak itu tidak, ya itu, dll. Ada bukti ilmiah Anda atau sumber? Jika Anda benar-benar melakukan sedikit riset, Anda akan menemukan banyak petunjuk bahwa model adalah model dan "konduktor yang baik berarti ekuipotensial di mana-mana" adalah asumsi yang baik tetapi tidak sempurna: en.wikipedia.org/wiki/Electric-field_screening physics.stackexchange.com/ pertanyaan / 14927 / ... tf.uni-kiel.de/matwis/amat/elmat_en/kap_2/backbone/r2_4_2.html

— Christian B.

Tapi mari kita lakukan eksperimen pemikiran kecil: mari kita asumsikan bahwa materi TIDAK penting sama sekali. Implikasinya adalah bahwa isolator yang tidak sempurna akan bertindak sebagai bahan elektroda juga memberi kita kapasitansi mendekati tak terhingga karena jarak d akan sangat kecil (atau bahkan tidak ada?). Jadi kamu benar. Ini kemungkinan besar adalah asumsi yang konyol. Jadi katakan saja hanya konduktor "baik" yang berperilaku seperti elektroda sempurna. Tapi apa nilai kritisnya? 10 ^ 6 S / m? Bagaimana jika Anda memodifikasi materi? Apakah kita akan melihat perilaku "hidup"? Jika ada bukti untuk itu saya akan senang melihatnya.

— Christian B.

Fisika yang bagus, teknik yang buruk. Ingat bahwa bahan pelat juga memiliki konstanta dielektrik tertentu jika itu adalah konduktor yang buruk, dan bahkan jika itu adalah konduktor yang baik. Jadi setiap penetrasi medan listrik ke dalam material pelat akan menyebabkan kapasitansi bergantung pada konstanta dielektrik itu. Tapi tidak terlalu banyak.

— richard1941

4

Itu sama untuk induktor - nilai induktansi tetap konstan terlepas dari konduktivitas kawat. Bawa ke ekstrem dan pertimbangkan kecepatan gelombang radio dan bagaimana mereka menyebar melalui ruang.

Impedansi ruang bebas ditentukan oleh permeabilitas dan permitivitas ruang bebas dan ini masing-masing diukur dalam henries per meter dan farad per meter. Namun tidak ada konduktor di ruang bebas.

— Andy alias
sumber

2

Dalam kapasitor tipikal, muatan akan dikonsentrasikan dalam lapisan tipis pada bagian masing-masing elektroda yang terdekat dengan elektroda yang bermuatan berlawanan. Meskipun lapisan ini pada dasarnya selalu memiliki ketebalan bukan nol, dan jarak antara setiap partikel bermuatan dan permukaan akan mempengaruhi perbedaan potensial yang dihasilkan dari muatan itu, dalam praktiknya efeknya hampir selalu cukup kecil untuk dikerdilkan oleh ketidakpastian pengukuran atau perancu lainnya. efek.

— supercat
sumber

2

Banyak kapasitor praktis memiliki ketergantungan yang sangat lemah pada bahan konduktor. Capacitor Equivalent Series Resistance (ESR) akan dipengaruhi oleh bahan pelat dan ketebalan / perutean dan merupakan faktor pembatas yang signifikan dalam aplikasi daya. Ini juga mempengaruhi arus luahan puncak untuk aplikasi berdenyut.

Pada tingkat praktis, banyak kapasitor film daya memiliki tautan fusible dalam metalisasi sehingga bagian kapasitor yang gagal dihilangkan dari rangkaian (dan kapasitansi turun). Ini adalah pertimbangan praktis utama yang terkait dengan pelat kapasitor.

— Senin Selasa Rabu
sumber