Artikel oor die elektriese energie wat in kondensators gestoor word
Die kapasitor bestaan uit tweegeleierplate en tussen die twee geleiers is daar 'n diëlektrikum. Aanvanklik is die twee geleiers elektries neutraal. Vir die kapasitor om te funksioneer, moet elke plaat of vel van die geleier elektries gelaai wees, waar die hoeveelheid elektriese lading in elke geleier gelyk is, maar verskillend in tipe. Veronderstel dat een van die gelaaide geleiers Q = +10 Coulomb is , die ander geleier Q = -10 Coulomb is. Die bestaan van dieselfde groot maar teenoorgestelde tipe elektriese lading in beide geleiers genereer 'n elektriese veld tussen die twee geleierplate, waar die rigting van die elektriese veld van die positiewe lading na die negatiewe lading is. Daarbenewens is daar ook 'n elektriese potensiaalverskil tussen die twee geleiers, waar positief gelaaide geleiers 'n hoër elektriese potensiaal het, terwyl negatief gelaaide geleiers 'n laer elektriese potensiaal het.
Om beide geleiers elektries te laat laai, word die twee geleiers aan 'n kragbron gekoppel, soos 'n battery of ander kragbron. Aanvanklik is die twee geleiers neutraal, waar die aantal negatief gelaaide elektrone en positief gelaaide protone gelyk is. Dan word die elektrone van een geleier na 'n ander geleier oorgedra sodat die geleier wat die elektron verloor positief gelaai word en die geleier wat die elektron ontvang negatief gelaai word. Die aantal elektrone wat oorgedra word, is gelyk aan die aantal elektrone wat ontvang word, sodat elke geleier dieselfde elektriese lading het. Let daarop dat wanneer die kapasitor aan die battery gekoppel is, die battery optree om elektrone van een geleier na 'n ander te beweeg.
Een van die geleiers is aan die negatiewe pool gekoppel en die ander geleier is aan die positiewe pool gekoppel. Die bestaan van 'n elektriese potensiaalverskil (V) tussen die twee batterypole veroorsaak die beweging van elektrone (q) van een geleier na 'n ander. Die beweging van elektrone stop nadat die potensiaalverskil tussen die twee geleiers gelyk is aan die batterypotensiaalverskil. Aanvanklik, wanneer die geleier nie elektries gelaai is nie, is geen werk nodig om elektrone te beweeg nie. Nadat daar 'n elektriese lading op elke geleier is, neem dit werk om elektrone te beweeg. Hoe groter die elektriese lading in elke geleier, hoe groter die werk om elektrone te beweeg as gevolg van die afstotingskrag tussen elektrone.
Die beweging van elektrone van een geleier na 'n ander vind nie gelyktydig plaas nie, maar geleidelik, sodat die elektriese spanning tussen die twee geleiers ook geleidelik toeneem. Om die totale werk (W) tydens 'n elektriese oordrag te bereken, word die gemiddelde spanningswaarde (V/2) gebruik. Die werk wat verrig word om elektrone te beweeg, is dus W = Q (V/2) = 1/2 Q/V.
Omdat die arbeid om elektrone te beweeg die elektriese potensiële energie wat in die kapasitor gestoor word, verander, is die elektriese potensiële energie wat in die kapasitor gestoor word PE = 1/2 Q V.
Aangesien Q = CV, kan die formule PE = 1/2 QV omgeskakel word na PE = 1/2 QV = 1/2 (CV) (V) = 1/2 CV 2 en PE = 1/2 QV = 1/2 (Q) (Q/C) = 1/2 Q 2 / C. Waar Q = elektriese lading, C = kapasitansie, V = elektriese spanning.
Elektriese energie in die elektriese veld
Tydens die ladingopvullingsproses, wanneer elke geleier elektries begin gelaai word, ontstaan 'n elektriese veld tussen die twee plate of velle. Dus word die werk verrig, benewens die elektries gelaaide geleier, wat ook indirek 'n elektriese veld tussen die twee plate of velle geleiers voorstel. Omdat werk verander na die elektriese potensiële energie wat in die kapasitor gestoor word, kan dit beskou word dat energie in 'n elektriese veld gestoor word.
Die volgende formule bewys wiskundig die verband tussen die elektriese potensiële energie en die elektriese veld.
In die artikel oor die parallelplaatkondensator is die formule C = A ε o / d afgelei en die artikel oor die elektriese potensiaal het die formule V = E d gestel. Voorheen is die formule afgelei van die elektriese potensiële energie wat in die kondensator gestoor word, PE = 1/2 CV 2.
PE = die elektriese potensiële energie, A = oppervlakte, d = afstand, Ad = volume, E = elektriese veld, PE / Ad = elektriese potensiële energie per volume-eenheid = energiedigtheid.
Die bogenoemde formule bepaal dat die elektriese potensiële energie per volume-eenheid van ruimte in 'n elektriese veld eweredig is aan die kwadraat van die elektriese veld. As daar tussen die twee plate of velle van die geleier 'n diëlektrikum is, word εo (permittiwiteit van die vakuum) vervang deur die permittiwiteit van die materiaal (ε). Alhoewel hierdie vergelyking van die energiedigtheid afgelei word deur die vergelyking van die parallelle plaatkondensator te gebruik, geld hierdie vergelyking ook vir alle ruimtes wat 'n elektriese veld het.
