Kondensatorlarda saxlanılan elektrik enerjisi haqqında məqalə
Kondensator iki keçiricili lövhələrdən ibarətdir və iki keçirici arasında bir dielektrik var. Əvvəlcə iki keçirici elektrik cəhətdən neytraldır. Kondensatorun işləməsi üçün keçiricinin hər bir lövhəsi və ya təbəqəsi elektriklə yüklənməlidir, burada hər bir keçiricidəki elektrik yükünün miqdarı bərabər, lakin növünə görə fərqlidir. Tutaq ki, yüklü keçiricilərdən biri Q = +10 Kulon , digər keçirici isə Q = -10 Kulondur. Hər iki keçiricidə eyni böyük, lakin əks tipli elektrik yükünün olması iki keçirici lövhəsi arasında elektrik sahəsi yaradır, burada elektrik sahəsinin istiqaməti müsbət yükdən mənfi yükə doğrudur. Bundan əlavə, iki keçirici arasında elektrik potensialları fərqi də mövcuddur, burada müsbət yüklü keçiricilər daha yüksək elektrik potensialına, mənfi yüklü keçiricilər isə daha aşağı elektrik potensialına malikdir.
Hər iki keçiricinin elektrik yüklü olması üçün iki keçirici batareya və ya digər enerji mənbəyi kimi enerji mənbəyinə qoşulur. Əvvəlcə iki keçirici neytral olur, burada mənfi yüklü elektronların və müsbət yüklü protonların sayı bərabər olur. Daha sonra elektronlar bir keçiricidən başqa bir keçiriciyə ötürülür ki, elektronu itirən keçirici müsbət yüklənir və elektronu qəbul edən keçirici mənfi yüklənir. Ötürülən elektronların sayı qəbul edilən elektronların sayına bərabərdir ki, hər bir keçiricinin eyni elektrik yükü olsun. Qeyd edək ki, kondensator batareyaya qoşulduqda, batareya elektronları bir keçiricidən digərinə keçirmək üçün hərəkət edir.
Keçiricilərdən biri mənfi qütbə, digər keçirici isə müsbət qütbə bağlıdır. İki batareya qütbü arasında elektrik potensialları fərqinin (V) olması elektronların (q) bir keçiricidən digərinə hərəkətinə səbəb olur. İki keçirici arasındakı potensiallar fərqi batareya potensialları fərqinə bərabər olduqdan sonra elektronların hərəkəti dayanır. Əvvəlcə, keçirici elektrik yükü ilə yüklənmədikdə, elektronları hərəkət etdirmək üçün heç bir iş tələb olunmur. Hər bir keçiricidə elektrik yükü nə qədər çox olarsa, elektronlar arasındakı itələmə qüvvəsi səbəbindən elektronları hərəkət etdirmək üçün bir o qədər çox iş görülür.
Elektronların bir keçiricidən digərinə hərəkəti eyni vaxtda deyil, tədricən baş verir, beləliklə, iki keçirici arasındakı elektrik gərginliyi də tədricən artır. Beləliklə, elektrik 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 enerjisini dəyişdirdiyindən, kondensatorda saxlanılan elektrik potensial enerjisi PE = 1/2 QV-dur.
Q = CV olduğundan, PE = 1/2 QV düsturu PE = 1/2 QV = 1/2 (CV) (V) = 1/2 CV 2 və PE = 1/2 QV = 1/2 (Q) (Q/C) = 1/2 Q 2 / C -yə çevrilə bilər. Burada Q = elektrik yükü, C = tutum, V = elektrik gərginliyi.
Elektrik sahəsində elektrik enerjisi
Şarjın doldurulması prosesi zamanı, hər bir keçirici elektrik yüklənməsinə başladıqda, iki lövhə və ya təbəqə arasında elektrik sahəsi yaranır. Beləliklə, iş görülür, keçirici elektrik yüklənməsinə əlavə olaraq, dolayı yolla iki lövhə və ya keçirici təbəqəsi arasında elektrik sahəsi yaradır. İş kondensatorda saxlanılan elektrik potensial enerjisinə dəyişdiyindən, enerjinin elektrik sahəsində saxlanıldığı düşünülə bilər.
Aşağıdakı düstur elektrik potensial enerjisi ilə elektrik sahəsi arasındakı əlaqəni riyazi olaraq sübut edir.
Paralel lövhəli kondensator haqqında məqalədə C = A ε o / d düsturu, elektrik potensialı haqqında məqalədə isə V = E d düsturu verilmişdir. Əvvəllər düstur kondensatorda saxlanılan elektrik potensial enerjisindən, PE = 1/2 CV2-dən əldə edilmişdir.
PE = elektrik potensial enerjisi, A = səth sahəsi, d = məsafə, A d = həcm, E = elektrik sahəsi, PE / A d = 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 keçiricinin iki lövhəsi və ya təbəqəsi arasında dielektrik varsa, εo (vakuumun keçiriciliyi) materialın keçiriciliyi (ε) ilə əvəz olunur. Enerji sıxlığının bu tənliyi paralel lövhəli kondensator tənliyindən istifadə edilsə də, bu tənlik elektrik sahəsi olan bütün fəzalara da aiddir.
