Physics of Capacitors & Electrostatic Force Simulation

物理

それらに含まれる電荷により、コンデンサープレート (電極) は電気力によって互いに引き付けられます。この力の大きさは、コンデンサ内の電界に依存します。

プレートの表面がそれらの間の距離よりもはるかに大きい場合 (

S が d の 2 乗より大きい

）、コンデンサの電界は均一であり、プレートに対して垂直であると見なすことができます。その場合、コンデンサの外側の電界はほぼゼロですが、コンデンサの内側の電界強度は両方の電極から同等の影響を受けます（

E のプラス乗に等しい プラス E のマイナス乗に等しい

;

E のプラス乗は E のマイナス乗に等しい

（図1））。各電極に作用する力は、そこに蓄えられた電荷と、もう一方の電極によって生成された電場の成分に比例することに注意することが重要です。たとえば、正のプレートにかかる力は次のように計算されます。

F のプラス乗は Q のプラス乗に等しい E のマイナス乗は Q に等しい E 2 分の 1

(式1)

電極間の電位差 ( U ) とプレート間の距離 (

d

) フィールドの大きさを次のように定義します。

E は d 上の U に等しい

.式1と空気コンデンサの静電容量の式から

C は分数の分子イプシロン添字 0 に等しい 分母 d 上の S 端分数

、コンデンサプレートに作用する力は次のように表すことができます。

F は分母 2 上の Q 分数の分子 U に等しい d 端分数は分母 2 上の分数に等しい イプシロン添字 0 S 分母 2 上の U の二乗 d 端分数の 2 乗

(式 2)

ここで $イプシロン添字 0$ 空間の誘電率です。距離d= 2 mm 、電圧振幅 10 V で寸法が100 mm*100 mmのプレートの場合力の大きさは: $F は、1.104 スペースクロスに 10 を負の 6 乗指数 N で乗算した値に等しい$ .

図 1 - 電圧に接続された平行平板コンデンサ

モデル

正方形の電極を持つコンデンサのモデルが SOLIDWORKS で作成されました。プレートの表面は 100*100 mm ^{2 で}、プレート間の距離は 2mm です (図 2)。プレートはxy平面に属します。シミュレーションは EMS静電気スタディで実行されます.電極には銅が材料として処方され、その間と外側の空間は空気で満たされています。