Apakah mengubah celah antara pelat mengubah tegangan kapasitor?

Pertimbangkan kapasitor ideal yang memiliki panjang antara pelatnya. Terminal kapasitor terbuka; mereka tidak terhubung ke impedansi bernilai terbatas apa pun. Kapasitasnya adalah dan memiliki tegangan awal .$\ell_1$$C_1$$V_1$

Apa yang terjadi pada tegangan kapasitor jika kita membuat celah di antara pelat tanpa mengubah jumlah muatan pada pelat?$\ell_2=2\ell_1$

---

Pikiranku tentang ini:

Meningkatkan celah akan mengurangi kapasitansi.

$$C_2 = \dfrac{C_1}{2}$$

Karena jumlah muatan tidak berubah, tegangan kapasitor baru akan menjadi

$$V_2 = \dfrac{Q}{C_2} = \dfrac{Q}{\dfrac{C_1}{2}} = 2\dfrac{Q}{C_1} = 2V_1.$$

Apakah ini benar? Bisakah kita mengubah tegangan kapasitor hanya dengan menggerakkan pelatnya? Sebagai contoh, misalkan saya mengenakan sepatu plastik dan saya memiliki sejumlah muatan pada tubuh saya. Ini secara alami akan menyebabkan tegangan statis, karena tubuh dan tanah saya bertindak sebagai pelat kapasitor. Sekarang, jika saya memanjat bangunan insulator yang sempurna (misalnya; pohon kering), akankah tegangan statis pada tubuh saya meningkat?

Sebuah mesin Wimshurst bekerja dengan proses tersebut.

Ini menempatkan muatan pada pelat yang berdekatan, kemudian memindahkan pelat terpisah untuk menghasilkan tegangan tinggi.

Ketika saya masih di sekolah, di tahun 70-an, seorang anak membuat satu menggunakan bahan PCB untuk disk, dan jarum gramofon untuk membuat muatan awal. 'Pekerjaan' itu dilakukan oleh motor listrik. Berdasarkan pada panjang percikan yang dihasilkannya, saya pikir itu menghasilkan lebih dari 200.000V.

Ayahnya membawanya bekerja, di mana mereka merancang telepon, dan menguji telepon elektronik awal dengannya.

Ya, tegangan meningkat. Sepertinya sebagian besar dari kita mengetahui hal ini di sekolah. Profesor Fisika saya memiliki pengaturan dengan pelat bergerak, dan voltmeter yang sangat sensitif (sebenarnya, sangat tinggi). Saat pelat ditarik terpisah, tegangan naik.

Ini berasal dari rumus unsur Q = CV. Menarik pelat terpisah menurunkan kapasitansi. Muatan tidak kemana-mana, jadi voltase harus naik. Ini mungkin tampak berlawanan dengan intuisi, tetapi muatan pada lempeng ingin saling menarik, dan Anda melakukan pekerjaan dengan menariknya terpisah.

Anda dapat mereproduksi percobaan yang dijelaskan di atas jika Anda memiliki voltmeter dengan input FET (atau osiloskop, jika Anda seberuntung itu). Tempatkan timah negatif dan pegang timah lainnya di tangan Anda. Jika sepatu Anda tidak konduktif, dan Anda tidak memiliki tali ESD yang terhubung, Anda harus dapat membelokkan meter hanya dengan menaikkan dan menurunkan kaki Anda. Ngomong-ngomong, menggosok karpet menciptakan muatan dan mengangkat kaki Anda dan menjauh adalah yang menaikkan muatan statis ke level tegangan tinggi.

Pada catatan praktis, ini adalah cara kerja mikrofon kondensor electret. Ketika diafragma bergetar, kapasitansi di antara itu dan pelat tetap berubah, dan tegangan berubah dengannya.

Tegangan pasti meningkat.

Q = C * U

Karena Anda mengurangi C dengan meningkatkan celah tetapi Q tetap sama, U akan meningkat.

Di masa sekolah saya, saya tidak ingin mempercayainya sehingga guru saya mengirim saya ke ruang eksperimen dengan catu daya tegangan tinggi, pelat, kabel, isolator, dan galvanometer. Saya sudah mengujinya dan itu benar! Tegangan meningkat saat Anda meningkatkan kesenjangan.

$A$$E = { Q \over \epsilon A}$$x$$V(x) = { Q x\over \epsilon A}$

Jadi, menggandakan jarak akan menggandakan tegangan.

$x$

Seperti yang kita ketahui, kapasitor terdiri dari dua pelat logam paralel. Dan potensi antara dua lempeng area A, jarak pemisahan d, dan dengan muatan + Q dan -Q, diberikan oleh

$$\Delta V = \frac{Qd}{\varepsilon_0 A}$$

Jadi beda potensial berbanding lurus dengan jarak pemisahan.

Kamu benar. Anda mungkin memperhatikan bahwa ketika muatan dikonservasi, energi yang tersimpan dalam kapasitor setelah memisahkan pelat telah meningkat:

$$E_1 = \frac{1}{2}C_1V_1^2$$ $$E_2 = \frac{1}{2}C_2V_2^2 = \frac{1}{2}\frac{C_1}{2}(2V_1)^2 = C_1V_1^2 = 2E_1$$ Energi ekstra ini berasal dari pekerjaan mekanis yang harus Anda lakukan untuk memindahkan pelat terpisah dari gaya elektrostatik yang menyatukannya.

dalam konteks yang dijelaskan dengan pelat yang tidak terhubung, skenario dan formula menunjukkan bahwa untuk jarak 2l Anda akan membutuhkan tegangan dua kali lipat untuk mempolarisasi jumlah muatan yang sama.