Kondensatorlarda elektrik enerjisi saxlama materialı
Bir kondensator iki lövhə/vərəq keçiricidən ibarətdir və iki keçirici arasında dielektrik var . Əvvəlcə hər iki keçirici elektrik yüklü deyil. Kondensatorun işləməsi üçün hər bir lövhə/vərəq keçirici elektrik yüklü olmalıdır, burada hər bir keçiricidəki elektrik yükünün miqdarı eyni, lakin müxtəlif növlərdir. Məsələn, bir keçiricinin yükü Q = +10 Kulon, digər keçiricinin yükü isə Q = -10 Kulondur. Hər iki keçiricidə eyni böyüklükdə, lakin əks növ elektrik yükünün olması iki keçirici lövhə arasında elektrik sahəsi yaradır , burada elektrik sahəsinin istiqaməti müsbət yükdən mənfi yükə doğrudur. Bundan əlavə, iki keçirici arasında elektrik potensialı fərqi də yaranır, burada müsbət yüklü keçiricinin elektrik potensialı daha yüksək, mənfi yüklü keçiricinin isə daha aşağı elektrik potensialı var.
Hər iki keçiricini doldurmaq üçün onlar batareya və ya digər enerji mənbəyi kimi enerji mənbəyinə qoşulurlar. Əvvəlcə hər iki keçirici neytraldır, bərabər sayda mənfi yüklü elektron və müsbət yüklü proton var. Daha sonra elektronlar bir keçiricidən digərinə ötürülür, nəticədə keçirici elektron itirir və elektron qazanan keçirici mənfi yüklənir. Transfer edilən elektronların sayı alınan elektronların sayına bərabərdir və nəticədə hər bir keçiricinin eyni elektrik yükü olur. Qeyd etmək lazımdır ki, kondensator batareyaya qoşulduqda, batareya keçirici kimi çıxış edir və elektronları bir keçiricidən digərinə ötürür.
Bir keçirici mənfi qütbə, digər keçirici isə müsbət qütbə qoşulub. İki batareya terminalı arasında elektrik potensialları fərqinin (V) olması elektronların (q) bir keçiricidən digərinə ötürülməsinə səbəb olur. İki keçirici arasındakı potensiallar fərqi batareyanın potensialları fərqinə bərabər olduqda elektronların ötürülməsi dayanır. Əvvəlcə keçiricilər elektrik yükü ilə yüklənmədikdə, elektronları hərəkət etdirmək üçün heç bir iş tələb olunmur. Hər bir keçiricidə elektrik yükü olduqdan sonra elektronları hərəkət etdirmək üçün iş tələb olunur. Hər bir keçiricidə elektrik yükü nə qədər çox olarsa, elektronlar arasındakı itələmə qüvvəsi səbəbindən elektronları hərəkət etdirmək üçün tələb olunan iş bir o qədər çox olar.
Elektronların bir keçiricidən digərinə ötürülməsi eyni vaxtda deyil, tədricən baş verir, beləliklə, iki keçirici arasındakı elektrik gərginliyi də tədricən artır. Beləliklə, elektron ötürülməsi zamanı ümumi işi (W) hesablamaq üçün orta gərginlik dəyəri (V/2) istifadə olunur. Beləliklə, elektronları hərəkət etdirmək üçün görülən iş W = Q (V/2) = 1/2 QV-dir. Elektronları hərəkət etdirmək üçün görülən iş kondensatorda saxlanılan elektrik potensial enerjisinə çevrildiyindən, kondensatorda saxlanılan elektrik potensial enerjisi EP = 1/2 QV-dir. Q = CV olduğundan, EP = 1/2 QV düsturu EP = 1/2 QV = 1/2 (CV)(V) = 1/2 CV2 və EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q2 /C olaraq dəyişdirilə bilər . Məlumat : Q = elektrik yükü, C = tutum, V = elektrik gərginliyi.
Elektrik sahəsində elektrik enerjisi
Şarj prosesi zamanı hər bir keçirici doldurulmağa başladıqda, iki keçirici lövhə/vərəq arasında elektrik sahəsi yaranır. Buna görə də, görülən iş yalnız keçiricinin elektrik yüklənməsinə səbəb olmur, həm də dolayı yolla iki keçirici lövhə/vərəq arasında elektrik sahəsi yaradır. İş kondensatorda saxlanılan elektrik potensial enerjisinə çevrildiyindən, enerjinin elektrik sahəsində saxlanıldığı düşünülə bilər.
Elektrik potensial enerjisi ilə elektrik sahələri arasındakı əlaqəni riyazi olaraq sübut etmək üçün aşağıdakı düstur əldə edilir.
"Paralel lövhəli kondensatorlar" adlı məqalədə C = A ε o /s düsturu, "elektrik potensialı " adlı məqalədə isə V = E s düsturu verilmişdir . Əvvəllər kondensatorda saxlanılan elektrik potensial enerjisi üçün düstur, yəni EP = 1/2 CV2 alınmışdır.
Düstur təsviri: EP = elektrik potensial enerjisi, A = səth sahəsi, s = məsafə, A s = həcm, E = elektrik sahəsi, EP/A s = vahid həcmə düşən elektrik potensial enerjisi = enerji sıxlığı.
Yuxarıdakı düsturda deyilir ki, elektrik sahəsindəki fəzanın vahid həcminə düşən elektrik potensial enerjisi elektrik sahəsinin kvadratı ilə mütənasibdir. Əgər iki keçirici lövhə/təbəqə arasında dielektrik varsa, εo ( sərbəst fəzanın keçiriciliyi) materialın keçiriciliyi (ε) ilə əvəz olunur. Bu enerji sıxlığı tənliyi paralel lövhə kondensator tənliyindən istifadə edilsə də, bu tənlik elektrik sahəsi olan bütün fəzalara da aiddir.
