Energia elektrikoa biltegiratzeko materiala kondentsadoreetan
Kondentsadore bat bi eroale plaka/orriz osatuta dago, eta bi eroaleen artean dielektriko bat dago . Hasieran, bi eroaleak ez daude elektrikoki kargatuta. Kondentsadorea funtziona dezan, eroale plaka/orri bakoitza elektrikoki kargatuta egon behar da, eta eroale bakoitzaren karga elektrikoa berdina da, baina mota desberdinekoa. Adibidez, eroale batek Q = +10 Coulomb karga du, eta besteak Q = -10 Coulomb karga. Bi eroaleetan magnitude bereko baina karga elektriko mota kontrakoen presentziak eremu elektriko bat sortzen du bi eroale plaken artean, non eremu elektrikoaren norabidea karga positibotik karga negatibora den. Horrez gain, potentzial elektriko diferentzia bat ere sortzen da bi eroaleen artean, non karga positiboa duen eroaleak potentzial elektriko handiagoa duen eta karga negatiboa duen eroaleak potentzial elektriko txikiagoa.
Bi eroaleak kargatzeko, energia-iturri batera konektatzen dira, hala nola bateria batera edo beste energia-iturri batera. Hasieran, bi eroaleak neutroak dira, karga negatiboa duten elektroi eta karga positiboko protoi kopuru berdinarekin. Ondoren, elektroiak eroale batetik bestera transferitzen dira, eta ondorioz, elektroiak galtzen dituen eroalea positiboki kargatzen da eta elektroiak irabazten dituen eroalea negatiboki kargatzen da. Transferitzen diren elektroien kopurua jasotako elektroien kopuruaren berdina da, eta ondorioz, eroale bakoitzak karga elektriko bera du. Kontuan izan behar da kondentsadore bat bateria batera konektatzen denean, bateriak eroale gisa jokatzen duela, elektroiak eroale batetik bestera transferituz.
Eroale bat polo negatiboari konektatuta dago eta bestea polo positiboari. Bi bateriaren terminalen artean potentzial elektrikoaren diferentzia (V) egoteak elektroien transferentzia (q) eragiten du eroale batetik bestera. Elektroien transferentzia gelditzen da bi eroaleen arteko potentzial-diferentzia bateriaren potentzial-diferentziaren berdina denean. Hasieran, eroaleak elektrikoki kargatuta ez daudenean, ez da lanik behar elektroiak mugitzeko. Eroale bakoitzean karga elektrikoa dagoenean, lana behar da elektroiak mugitzeko. Zenbat eta handiagoa izan eroale bakoitzean karga elektrikoa, orduan eta handiagoa izango da lana behar dena elektroiak mugitzeko, elektroien arteko aldaratze-indarra dela eta.
Elektroien transferentzia eroale batetik bestera ez da aldi berean gertatzen, pixkanaka baizik, bi eroaleen arteko tentsio elektrikoa ere pixkanaka handitzen baita. Beraz, elektroi-transferentzian zehar egiten den lan osoa (W) kalkulatzeko, batez besteko tentsioaren balioa (V/2) erabiltzen da. Beraz, elektroiak mugitzeko egindako lana W = Q (V/2) = 1/2 Q V da. Elektroiak mugitzeko lana kondentsadorean gordetako energia potentzial elektriko bihurtzen denez, kondentsadorean gordetako energia potentzial elektrikoa EP = 1/2 Q V da. Q = CV denez, EP = 1/2 QV formula EP = 1/2 QV = 1/2 (CV)(V) = 1/2 CV 2 eta EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q 2 /C izatera alda daiteke. Informazioa: Q = karga elektrikoa, C = kapazitantzia, V = tentsio elektrikoa.
Energia elektrikoa eremu elektriko batean
Kargatze prozesuan, eroale bakoitza kargatzen hasten denean, eremu elektriko bat sortzen da bi eroale plaken/orrien artean. Beraz, egindako lanak ez du eroalea elektrikoki kargatzea eragiten bakarrik, baizik eta zeharka eremu elektriko bat sortzen du bi eroale plaken/orrien artean. Lana kondentsadorean gordetako energia potentzial elektriko bihurtzen denez, energia eremu elektrikoaren barruan gordeta dagoela kontsidera daiteke.
Formula hau erabili da energia potentzial elektrikoaren eta eremu elektrikoen arteko erlazioa matematikoki frogatzeko.
Plaka paraleloen kondentsadoreak izeneko artikuluan , C = Aεo /s formula ondorioztatu da eta potentzial elektrikoa izeneko artikuluan, V = Es formula adierazi da. Aurretik, kondentsadore batean gordetako energia potentzial elektrikoaren formula ondorioztatu da, hain zuzen ere, EP = 1/2 CV2.
Formularen deskribapena: EP = energia potentzial elektrikoa, A = azalera, s = distantzia, A s = bolumena, E = eremu elektrikoa, EP/A s = bolumen unitateko energia potentzial elektrikoa = energia-dentsitatea.
Goiko formulak dioenez, eremu elektriko batean espazioaren bolumen-unitateko energia potentzial elektrikoa eremu elektrikoaren karratuarekiko proportzionala da. Bi plaka/orri eroaleen artean dielektriko bat badago, orduan ε o (espazio librearen permitibitatea) materialaren permitibitateaz (ε) ordezkatzen da. Energia-dentsitatearen ekuazio hau plaka paraleloen kondentsadoreen ekuazioa erabiliz lortzen den arren, ekuazio hau eremu elektrikoa duten espazio guztietan ere aplikatzen da.
