Articulu nantu à l'energia elettrica immagazzinata in i condensatori
U condensatore hè cumpostu da duie piastre cunduttori è, trà i dui cunduttori, ci hè un dielettricu. À l'iniziu, i dui cunduttori sò elettricamente neutri. Per chì u condensatore funzioni, ogni piastra o foglia di u cunduttore deve esse carica elettricamente, induve a quantità di carica elettrica in ogni cunduttore hè uguale ma di tipu diversu. Supponemu chì unu di i cunduttori carichi sia Q = +10 Coulomb , l'altru cunduttore sia Q = -10 Coulomb. L'esistenza di u listessu tipu di carica elettrica grande ma oppostu in i dui cunduttori genera un campu elettricu trà e duie piastre cunduttori, induve a direzzione di u campu elettricu hè da a carica pusitiva à a carica negativa. Inoltre, ci hè ancu una differenza di putenziale elettricu trà i dui cunduttori, induve i cunduttori carichi pusitivamente anu un putenziale elettricu più altu mentre i cunduttori carichi negativamente anu un putenziale elettricu più bassu.
Per chì i dui cunduttori sianu caricati elettricamente, i dui cunduttori sò cunnessi à una fonte d'alimentazione, cum'è una batteria o un'altra fonte d'alimentazione. À l'iniziu, i dui cunduttori sò neutri, induve u numeru d'elettroni carichi negativamente è di protoni carichi pusitivamente hè uguale. Dopu, l'elettroni sò trasferiti da un cunduttore à un altru cunduttore in modu chì u cunduttore chì perde l'elettrone diventa caricatu pusitivamente è u cunduttore chì riceve l'elettrone diventa caricatu negativamente. U numeru d'elettroni trasferiti hè uguale à u numeru d'elettroni ricevuti in modu chì ogni cunduttore abbia a stessa carica elettrica. Nutate bè chì quandu u condensatore hè cunnessu à a batteria, a batteria agisce per spustà l'elettroni da un cunduttore à l'altru.
Unu di i cunduttori hè cunnessu à u polu negativu è l'altru cunduttore hè cunnessu à u polu pusitivu. L'esistenza di una differenza di putenziale elettricu (V) trà i dui poli di a batteria provoca u muvimentu di l'elettroni (q) da un cunduttore à l'altru. U muvimentu di l'elettroni si ferma dopu chì a differenza di putenziale trà i dui cunduttori hè uguale à a differenza di putenziale di a batteria. À u principiu, quandu u cunduttore ùn hè micca caricatu elettricamente, ùn ci hè bisognu di travagliu per spustà l'elettroni. Dopu chì ci hè una carica elettrica nantu à ogni cunduttore, ci vole un travagliu per spustà l'elettroni. Più grande hè a carica elettrica in ogni cunduttore, più grande hè u travagliu per spustà l'elettroni per via di a forza di repulsione trà l'elettroni.
U muvimentu di l'elettroni da un cunduttore à l'altru ùn si faci micca simultaneamente ma pianu pianu in modu chì a tensione elettrica trà i dui cunduttori cresce ancu pianu pianu. Dunque, per calculà u travagliu tutale (W) durante un trasferimentu elettricu, 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 cambia l'energia putenziale elettrica almacenata in u condensatore, l'energia putenziale elettrica almacenata in u condensatore hè PE = 1/2 Q V.
Siccomu Q = CV, a formula PE = 1/2 QV pò esse cunvertita in PE = 1/2 QV = 1/2 (CV) (V) = 1/2 CV² è PE = 1/2 QV = 1/2 (Q) (Q/C) = 1/2 Q² / C. Induve Q = carica elettrica, C = capacità, V = tensione elettrica.
L'energia elettrica in u campu elettricu
Durante u prucessu di carica, quandu ogni cunduttore principia à esse caricatu elettricamente, trà e duie piastre o fogli, nasce un campu elettricu. Cusì, u travagliu hè fattu, in più di fà chì u cunduttore sia caricatu elettricamente, presentendu ancu indirettamente un campu elettricu trà e duie piastre o fogli di cunduttori. Siccomu u travagliu cambia l'energia putenziale elettrica immagazzinata in u condensatore, si pò cunsiderà chì l'energia hè immagazzinata in un campu elettricu.
A formula seguente dimostra matematicamente a relazione trà l'energia putenziale elettrica è u campu elettricu.
In l'articulu nantu à u condensatore à piastre parallele, a formula C = A ε o / d hè stata derivata è l'articulu nantu à u putenziale elettricu hà dichjaratu a formula V = E d. Prima, a formula era stata derivata da l'energia putenziale elettrica almacenata in u condensatore, PE = 1/2 CV 2.
PE = l'energia putenziale elettrica, A = superficia, d = distanza, A d = vulume, E = campu elettricu, PE / A d = energia putenziale elettrica per unità di vulume = densità d'energia.
A formula sopra dice chì l'energia putenziale elettrica per unità di vulume di u spaziu in un campu elettricu hè proporzionale à u quadratu di u campu elettricu. Sè trà e duie piastre o fogli di u cunduttore ci hè un dielettricu, allora εo (permittività di u vacuum) hè rimpiazzata da a permittività di u materiale (ε). Ancu s'è sta equazione di a densità di l'energia hè derivata aduprendu l'equazione di u condensatore à piastre parallele, sta equazione s'applica ancu à tutti i spazii chì anu un campu elettricu.
