Artikolo pri la elektra energio stokita en kondensatoroj
La kondensilo konsistas el du-konduktilaj platoj, kaj inter la du konduktiloj estas dielektriko. Komence, la du konduktiloj estas elektre neŭtralaj. Por ke la kondensilo funkciu, ĉiu plato aŭ tavolo de la konduktilo devas esti elektre ŝargita, kie la kvanto de la elektra ŝargo en ĉiu konduktilo estas egala sed malsama laŭ tipo. Supozu, ke unu el la ŝargitaj konduktiloj estas Q = +10⁵ kulombo , la alia konduktilo estas Q = -10⁵ kulombo. La ekzisto de la sama granda sed kontraŭa tipo de elektra ŝargo en ambaŭ konduktiloj generas elektran kampon inter la du konduktilaj platoj, kie la direkto de la elektra kampo estas de la pozitiva ŝargo al la negativa ŝargo. Krome, ekzistas ankaŭ elektra potenciala diferenco inter la du konduktiloj, kie pozitive ŝargitaj konduktiloj havas pli altan elektran potencialon, dum negative ŝargitaj konduktiloj havas pli malaltan elektran potencialon.
Por ke ambaŭ konduktiloj estu elektre ŝargitaj, la du konduktiloj estas konektitaj al energifonto, kiel ekzemple baterio aŭ alia energifonto. Komence, la du konduktiloj estas neŭtralaj, kie la nombro de negative ŝargitaj elektronoj kaj pozitive ŝargitaj protonoj estas egala. Poste la elektronoj estas translokigitaj de konduktilo al alia konduktilo tiel ke la konduktilo kiu perdas la elektronon fariĝas pozitive ŝargita kaj la konduktilo kiu ricevas la elektronon fariĝas negative ŝargita. La nombro de translokigitaj elektronoj egalas al la nombro de ricevitaj elektronoj tiel ke ĉiu konduktilo havas la saman elektran ŝargon. Notu, ke kiam la kondensilo estas konektita al la baterio, la baterio agas por movi elektronojn de unu konduktilo al alia.
Unu el la konduktiloj estas konektita al la negativa poluso kaj la alia konduktilo estas konektita al la pozitiva poluso. La ekzisto de elektra potenciala diferenco (V) inter la du bateriaj polusoj kaŭzas la movadon de elektronoj (q) de unu konduktilo al alia. La movado de elektronoj ĉesas post kiam la potenciala diferenco inter la du konduktiloj egalas la baterian potencialan diferencon. Komence, kiam la konduktilo ne estas elektre ŝargita, neniu laboro estas bezonata por movi elektronojn. Post kiam estas elektra ŝargo sur ĉiu konduktilo, necesas laboro por movi elektronojn. Ju pli granda estas la elektra ŝargo en ĉiu konduktilo, des pli granda estas la laboro por movi elektronojn pro la repuŝa forto inter elektronoj.
La movado 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 elektra transdono, 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 ŝanĝas la elektran potencialan energion stokitan en la kondensilo, la elektra potenciala energio stokita en la kondensilo estas PE = 1/2 Q V.
Ĉar Q = CV, la formulo PE = 1/2 QV povas esti konvertita al PE = 1/2 QV = 1/2 (CV) (V) = 1/2 CV² kaj PE = 1/2 QV = 1/2 (Q) (Q/C) = 1/2 Q² / C. Kie Q = elektra ŝargo, C = kapacitanco, V = elektra tensio.
Elektra energio en la elektra kampo
Dum la ŝarga ŝarga procezo, kiam ĉiu konduktilo komencas esti elektre ŝargita, inter la du platoj aŭ tavoloj, elektra kampo ekestas. Do, la laboro estas farita, krom ŝargi la konduktilon elektre, ankaŭ nerekte prezentas elektran kampon inter la du platoj aŭ tavoloj de konduktiloj. Ĉar laboro ŝanĝiĝas al la elektra potenciala energio stokita en la kondensilo, oni povas konsideri, ke energio estas stokita en elektra kampo.
La jena formulo matematike pruvas la rilaton inter la elektra potenciala energio kaj la elektra kampo.
En la artikolo pri la paralelplata kondensilo, la formulo C = A ε₂o / d estis derivita, kaj la artikolo pri la elektra potencialo deklaris la formulon V = E₂d. Antaŭe, la formulo estis derivita de la elektra potenciala energio stokita en la kondensilo, PE = 1/2 CV².
PE = la elektra potenciala energio, A = surfaca areo, d = distanco, A d = volumeno, E = elektra kampo, PE / A d = elektra potenciala energio por volumenunuo = energidenseco.
La supra formulo deklaras, ke la elektra potenciala energio por unuo de volumeno de spaco en elektra kampo estas proporcia al la kvadrato de la elektra kampo. Se inter la du platoj aŭ tavoloj de la konduktilo estas dielektriko, tiam εo (permeableco de la vakuo) estas anstataŭigita per la permitiveco de la materialo (ε). Kvankam ĉi tiu ekvacio de la energidenseco estas derivita uzante la ekvacion de la paralelplata kondensilo, ĉi tiu ekvacio ankaŭ validas por ĉiuj spacoj, kiuj havas elektran kampon.
