ตัวเก็บประจุแผ่นคู่ขนาน การเก็บประจุและพลังงาน

1 · ทำนาย

ตัวเก็บประจุแผ่นคู่ขนานมีเรขาคณิตคงที่ (พื้นที่และช่องว่าง) ถ้าเพิ่มแรงดันคร่อมมัน พลังงานที่เก็บโตตามสัดส่วนตรงหรือเร็วกว่า

พล็อตพลังงานที่เก็บ U (แกน y) กับแรงดัน V (แกน x) จากสามรอบการทดลอง เส้นตรงหรือโค้งขึ้น

สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ C = ε₀A/d โดยใช้ A = 0.05 m², d = 0.002 m (เท่ากันทุกรอบ) แล้วหา Q = CV และ U = ½CV² เทียบทั้งสามค่ากับตาราง
จงใช้ U = ½CV² อธิบายว่าทำไมการเพิ่มแรงดันเป็นสองเท่าจึงเพิ่มพลังงานสะสมเป็นสี่เท่า ไม่ใช่สองเท่า ทั้งที่ประจุสะสมเพิ่มเพียงสองเท่า

ค่าความจุ C = ε₀A/d ขึ้นกับเรขาคณิตของแผ่นเท่านั้น ไม่ขึ้นกับแรงดันที่จ่าย จงอธิบายว่าทำไมตัวเก็บประจุที่มีขนาดกายภาพใหญ่กว่า (A ใหญ่กว่าหรือ d เล็กกว่า) จึงเก็บประจุได้มากกว่าที่แรงดันเดียวกัน
เครื่องช็อกไฟฟ้าหัวใจชาร์จตัวเก็บประจุถึงแรงดันสูงแล้วคายประจุผ่านผู้ป่วยในเสี้ยววินาที จงใช้ U = ½CV² อธิบายว่าทำไมแพทย์จึงใช้แรงดันสูงแทนค่าความจุสูงในการส่งพลังงานที่ต้องการอย่างรวดเร็ว

แผ่นตัวนำขนานสองแผ่นที่มีช่องว่างคั่นเก็บประจุตามสัดส่วนพื้นที่ และผกผันกับระยะห่าง: C = ε₀A/d พลังงานสะสมคือ U = ½CV² = ½QV