Materiale di accumulazione di energia elettrica in condensatori
Un condensatore hè custituitu da duie piastre/fogli cunduttori è trà i dui cunduttori ci hè dielettricuInizialmente, i dui cunduttori ùn sò micca carichi elettricamente. Per chì u condensatore funziona, ogni piastra/fogliu di cunduttore deve esse carica elettricamente, induve a quantità di carica elettrica nantu à ogni cunduttore hè a stessa ma di tipi diversi. Per esempiu, un cunduttore hà una carica di Q = +10 Coulomb, tandu l'altru cunduttore hà una carica di Q = -10 Coulomb. L'esistenza di carica elettrica di listessa magnitudine ma di tipu oppostu in i dui cunduttori dà nascita à campu elettricu trà e duie piastre cunduttori, induve a direzzione di u campu elettricu hè da a carica pusitiva à a carica negativa. Inoltre, nasce ancu una differenza di putenziale elettricu trà i dui cunduttori, induve u cunduttore caricatu pusitivamente hà un putenziale elettricu più altu mentre chì u cunduttore caricatu negativamente hà un putenziale elettricu più bassu.
Per caricà i dui cunduttori, sò cunnessi à una fonte d'alimentazione, cum'è una batteria o un'altra fonte d'alimentazione. Inizialmente, i dui cunduttori sò neutri, cù un numeru uguale d'elettroni carichi negativamente è di protoni carichi pusitivamente. L'elettroni sò tandu trasferiti da un cunduttore à l'altru, ciò chì face chì u cunduttore perde elettroni è diventa caricu pusitivamente è u cunduttore guadagna elettroni è diventa caricu negativamente. U numeru d'elettroni trasferiti hè uguale à u numeru d'elettroni ricevuti, ciò chì face chì ogni cunduttore abbia a stessa carica elettrica. Ci vole à nutà chì quandu un condensatore hè cunnessu à una batteria, a batteria agisce cum'è un cunduttore, trasferendu elettroni da un cunduttore à l'altru.
Un cunduttore hè cunnessu à u polu negativu è l'altru cunduttore hè cunnessu à u polu pusitivu. A presenza di una differenza di putenziale elettricu (V) trà i dui terminali di a batteria provoca u trasferimentu di elettroni (q) da un cunduttore à l'altru. U trasferimentu di elettroni si ferma una volta chì a differenza di putenziale trà i dui cunduttori hè uguale à a differenza di putenziale di a batteria. Inizialmente, quandu i cunduttori ùn sò micca carichi elettricamente, ùn hè necessariu alcun travagliu per spustà l'elettroni. Una volta chì ci hè una carica elettrica nantu à ogni cunduttore, hè necessariu travagliu per spustà l'elettroni. Più grande hè a carica elettrica nantu à ogni cunduttore, più grande hè u travagliu necessariu per spustà l'elettroni per via di a forza repulsiva trà l'elettroni.
U trasferimentu di l'elettroni da un cunduttore à l'altru ùn si faci micca simultaneamente, ma gradualmente, in modu chì a tensione elettrica trà i dui cunduttori aumenta ancu gradualmente. Dunque, per calculà u travagliu tutale (W) durante u trasferimentu di l'elettroni, si usa u valore mediu di a tensione (V/2). Cusì, u travagliu fattu per spustà l'elettroni hè W = Q (V/2) = 1/2 Q V. Siccomu u travagliu per spustà l'elettroni hè cunvertitu in energia putenziale elettrica almacenata in u condensatore, l'energia putenziale elettrica almacenata in u condensatore hè EP = 1/2 Q V. Siccomu Q = CV, a formula EP = 1/2 QV pò esse cambiata in EP = 1/2 QV = 1/2 (CV)(V) = 1/2 CV.2 è EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q2/W. Descrizzione: Q = carica elettrica, C = capacità, V = tensione elettrica.
Energia elettrica in un campu elettricu
Durante u prucessu di carica, quandu ogni cunduttore cumencia à caricassi, si crea un campu elettricu trà e duie piastre/fogli cunduttori. Dunque, u travagliu fattu ùn solu face chì u cunduttore si carichi elettricamente, ma crea ancu indirettamente un campu elettricu trà e duie piastre/fogli cunduttori. Siccomu u travagliu hè cunvertitu in energia putenziale elettrica immagazzinata in u condensatore, si pò cunsiderà chì l'energia hè immagazzinata in u campu elettricu.
A formula seguente hè derivata per dimustrà matematicamente a relazione trà l'energia potenziale elettrica è i campi elettrici.
In l'articulu intitulatu condensatore à piastre parallele A formula C = A ε hè stata derivatao/s è in l'articulu intitulatu putenziale elettricu A formula V = E s hè stata dichjarata. Prima, a formula per l'energia potenziale elettrica immagazzinata in un condensatore hè stata derivata, vale à dì EP = 1/2 CV2.
Descrizzione di a formula: EP = energia putenziale elettrica, A = superficia, s = distanza, A s = vulume, E = campu elettricu, EP/A s = energia putenziale elettrica per unità di vulume = densità energetica.
A formula sopra dice chì l'energia putenziale elettrica per unità di vulume di spaziu in un campu elettricu hè proporzionale à u quadratu di u campu elettricu. S'ellu ci hè un dielettricu trà e duie piastre/foglii cunduttori, allora εo (a permittività di u spaziu liberu) hè rimpiazzata da a permittività di u materiale (ε). Ancu s'è sta equazione di densità d'energia hè derivata aduprendu l'equazione di i condensatori à piastre parallele, sta equazione s'applica ancu à tutti i spazii chì anu un campu elettricu.
