Materialo por stokado de elektra energio en kondensiloj
Kondensilo konsistas el du platoj/folioj de konduktiloj, kaj inter la du konduktiloj estas dielektriko . Komence, ambaŭ konduktiloj ne estas elektre ŝargitaj. Por ke la kondensilo funkciu, ĉiu plato/folio de konduktilo devas esti elektre ŝargita, kie la kvanto de elektra ŝargo sur ĉiu konduktilo estas la sama sed de malsamaj tipoj. Ekzemple, unu konduktilo havas ŝargon de Q = +10 kulombo, dum la alia konduktilo havas ŝargon de Q = -10 kulombo. La ĉeesto de la sama magnitudo sed kontraŭaj specoj de elektra ŝargo sur ambaŭ konduktiloj kreas elektran kampon inter la du konduktilaj platoj, kie la direkto de la elektra kampo estas de la pozitiva ŝargo al la negativa ŝargo. Krome, ankaŭ ekestas elektra potenciala diferenco inter la du konduktiloj, kie la pozitive ŝargita konduktilo havas pli altan elektran potencialon, dum la negative ŝargita konduktilo havas pli malaltan elektran potencialon.
Por ŝargi ambaŭ konduktilojn, oni konektiĝas al energifonto, kiel ekzemple baterio aŭ alia energifonto. Komence, ambaŭ konduktiloj estas neŭtralaj, kun egala nombro da negative ŝargitaj elektronoj kaj pozitive ŝargitaj protonoj. Elektronoj tiam translokiĝas de unu konduktilo al la alia, rezultante en tio, ke la konduktilo perdanta elektronojn fariĝas pozitive ŝargita kaj la konduktilo akiranta elektronojn fariĝas negative ŝargita. La nombro da transdonitaj elektronoj egalas la nombron da ricevitaj elektronoj, rezultante en tio, ke ĉiu konduktilo havas la saman elektran ŝargon. Notindas, ke kiam kondensilo estas konektita al baterio, la baterio agas kiel konduktilo, translokigante elektronojn de unu konduktilo al la alia.
Unu konduktilo estas konektita al la negativa poluso kaj la alia konduktilo estas konektita al la pozitiva poluso. La ĉeesto de elektra potenciala diferenco (V) inter la du bateriaj terminaloj kaŭzas la translokigon de elektronoj (q) de unu konduktilo al la alia. La translokigo de elektronoj ĉesas kiam la potenciala diferenco inter la du konduktiloj egalas al la potenciala diferenco de la baterio. Komence, kiam la konduktiloj ne estas elektre ŝargitaj, neniu laboro estas bezonata por movi elektronojn. Post kiam estas elektra ŝargo sur ĉiu konduktilo, laboro estas bezonata por movi elektronojn. Ju pli granda estas la elektra ŝargo sur ĉiu konduktilo, des pli granda estas la laboro bezonata por movi elektronojn pro la forpuŝa forto inter la elektronoj.
La translokigo de elektronoj de unu konduktilo al alia ne okazas samtempe, sed iom post iom, tiel ke la elektra tensio inter la du konduktiloj ankaŭ pliiĝas iom post iom. Do, por kalkuli la totalan laboron (W) dum elektrona translokigo, oni uzas la averaĝan tensiovaloron (V/2). Do la laboro farita por movi elektronojn estas W = Q (V/2) = 1/2 Q V. Ĉar la laboro por movi elektronojn ŝanĝiĝas al elektra potenciala energio stokita en la kondensilo, la elektra potenciala energio stokita en la kondensilo estas EP = 1/2 Q V. Ĉar Q = CV, la formulo EP = 1/2 QV povas esti ŝanĝita al EP = 1/2 QV = 1/2 (CV)(V) = 1/2 CV² kaj EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q² / C. Informo: Q = elektra ŝargo, C = kapacitanco, V = elektra tensio.
Elektra energio en elektra kampo
Dum la ŝarga procezo, kiam ĉiu konduktilo komencas ŝargiĝi, elektra kampo kreiĝas inter la du konduktilaj platoj/folioj. Tial, la farita laboro ne nur kaŭzas la elektre ŝargon de la konduktilo, sed ankaŭ nerekte kreas elektran kampon inter la du konduktilaj platoj/folioj. Ĉar la laboro konvertiĝas en elektran potencialan energion stokitan en la kondensilo, oni povas konsideri, ke energio estas stokita ene de la elektra kampo.
La jena formulo estas derivita por matematike pruvi la rilaton inter elektra potenciala energio kaj elektraj kampoj.
En la artikolo titolita paralelplataj kondensatoroj, la formulo C = Aε₂o /s estis derivita kaj en la artikolo titolita elektra potencialo, la formulo V = E₂s estis deklarita. Antaŭe, la formulo por la elektra potenciala energio stokita en kondensatoro estis derivita, nome EP = 1/2 CV₂.
Formulpriskribo: EP = elektra potenciala energio, A = surfaca areo, s = distanco, A s = volumeno, E = elektra kampo, EP/A s = elektra potenciala energio por unuo de volumeno = energidenseco.
La supra formulo deklaras, ke la elektra potenciala energio por unuovolumeno de spaco en elektra kampo estas proporcia al la kvadrato de la elektra kampo. Se ekzistas dielektriko inter la du konduktaj platoj/folioj, tiam ε₂o ( la permitiveco de libera spaco) estas anstataŭigita per la permitiveco de la materialo (ε). Kvankam ĉi tiu energidenseca ekvacio estas derivita uzante la paralelplatan kondensilan ekvacion, ĉi tiu ekvacio ankaŭ validas por ĉiuj spacoj, kiuj havas elektran kampon.
