სტატია კონდენსატორებში შენახული ელექტროენერგიის შესახებ
კონდენსატორი შედგება ორგამტარი ფირფიტისგან და ორ გამტარს შორის არის დიელექტრიკი. თავდაპირველად, ორი გამტარი ელექტრულად ნეიტრალურია. კონდენსატორის ფუნქციონირებისთვის, გამტარის თითოეული ფირფიტა ან ფურცელი უნდა იყოს ელექტრულად დამუხტული, სადაც თითოეულ გამტარში ელექტრული მუხტის რაოდენობა თანაბარია, მაგრამ განსხვავებული ტიპისაა. დავუშვათ, რომ ერთ-ერთი დამუხტული გამტარია Q = +10 კულონი , ხოლო მეორე გამტარია Q = -10 კულონი. ორივე გამტარში ერთი და იგივე დიდი, მაგრამ საპირისპირო ტიპის ელექტრული მუხტის არსებობა წარმოქმნის ელექტრულ ველს ორ გამტარ ფირფიტას შორის, სადაც ელექტრული ველის მიმართულებაა დადებითი მუხტიდან უარყოფით მუხტამდე. გარდა ამისა, ორ გამტარს შორის ასევე არსებობს ელექტრული პოტენციალის სხვაობა, სადაც დადებითად დამუხტულ გამტარებს უფრო მაღალი ელექტრული პოტენციალი აქვთ, ხოლო უარყოფითად დამუხტულ გამტარებს - უფრო დაბალი ელექტრული პოტენციალი.
იმისათვის, რომ ორივე გამტარი ელექტრულად იყოს დამუხტული, ორი გამტარი დაკავშირებულია ენერგიის წყაროსთან, როგორიცაა აკუმულატორი ან სხვა ენერგიის წყარო. თავდაპირველად, ორი გამტარი ნეიტრალურია, სადაც უარყოფითად დამუხტული ელექტრონების და დადებითად დამუხტული პროტონების რაოდენობა ტოლია. შემდეგ ელექტრონები გადადის ერთი გამტარიდან მეორეში ისე, რომ ელექტრონის დაკარგვის შემთხვევაში გამტარი დადებითად დამუხტული ხდება, ხოლო ელექტრონის მიმღები - უარყოფითად დამუხტული. გადაცემული ელექტრონების რაოდენობა უდრის მიღებული ელექტრონების რაოდენობას, ამიტომ თითოეულ გამტარს აქვს ერთი და იგივე ელექტრული მუხტი. გაითვალისწინეთ, რომ როდესაც კონდენსატორი დაკავშირებულია აკუმულატორთან, აკუმულატორი მოქმედებს ელექტრონების ერთი გამტარიდან მეორეში გადასატანად.
ერთი გამტარი დაკავშირებულია უარყოფით პოლუსთან, ხოლო მეორე გამტარი - დადებით პოლუსთან. აკუმულატორის ორ პოლუსს შორის ელექტრული პოტენციური სხვაობის (V) არსებობა იწვევს ელექტრონების (q) გადაადგილებას ერთი გამტარიდან მეორეში. ელექტრონების მოძრაობა წყდება მას შემდეგ, რაც ორ გამტარს შორის პოტენციური სხვაობა აკუმულატორის პოტენციურ სხვაობას გაუტოლდება. თავდაპირველად, როდესაც გამტარი არ არის ელექტრულად დამუხტული, ელექტრონების გადასაადგილებლად მუშაობა არ არის საჭირო. მას შემდეგ, რაც თითოეულ გამტარზე ელექტრული მუხტი ჩნდება, ელექტრონების გადასაადგილებლად მუშაობაა საჭირო. რაც უფრო დიდია თითოეულ გამტარში ელექტრული მუხტი, მით უფრო დიდია ელექტრონების გადასაადგილებლად შესრულებული სამუშაო ელექტრონებს შორის განზიდვის ძალის გამო.
ელექტრონების გადაადგილება ერთი გამტარიდან მეორეში ერთდროულად არ ხდება, არამედ თანდათანობით, ამიტომ ორ გამტარს შორის ელექტრული ძაბვაც თანდათან იზრდება. ამიტომ, ელექტრული გადაცემის დროს მთლიანი სამუშაოს (W) გამოსათვლელად გამოიყენება საშუალო ძაბვის მნიშვნელობა (V/2). ამრიგად, ელექტრონების გადასაადგილებლად შესრულებული სამუშაოა W = Q (V/2) = 1/2 Q V.
რადგან ელექტრონების გადაადგილებისთვის შესრულებული სამუშაო ცვლის კონდენსატორში შენახულ ელექტრულ პოტენციურ ენერგიას, კონდენსატორში შენახული ელექტრული პოტენციური ენერგია PE = 1/2 Q V-ია.
რადგან Q = CV, ფორმულა PE = 1/2 QV შეიძლება გადაიქცეს შემდეგნაირად: PE = 1/2 QV = 1/2 (CV) (V) = 1/2 CV2 და PE = 1/2 QV = 1/2 (Q) (Q/C) = 1/2 Q2 / C. სადაც Q = ელექტრული მუხტი, C = ტევადობა, V = ელექტრული ძაბვა.
ელექტრული ენერგია ელექტრულ ველში
დამუხტვის პროცესის დროს, როდესაც თითოეული გამტარი იწყებს ელექტრულად დამუხტვას, ორ ფირფიტას ან ფურცელს შორის წარმოიქმნება ელექტრული ველი. ამგვარად, სამუშაო სრულდება გამტარის ელექტრულად დამუხტვის გარდა, ირიბად ასევე წარმოიქმნება ელექტრული ველი გამტარის ორ ფირფიტას ან ფურცელს შორის. რადგან მუშაობა იცვლება კონდენსატორში შენახული ელექტრული პოტენციური ენერგიის მიხედვით, შეიძლება ჩაითვალოს, რომ ენერგია ინახება ელექტრულ ველში.
შემდეგი ფორმულა მათემატიკურად ადასტურებს ელექტრული პოტენციური ენერგიისა და ელექტრული ველის ურთიერთკავშირს.
პარალელური ფირფიტისებრი კონდენსატორის შესახებ სტატიაში გამოყვანილია ფორმულა C = A ε o / d, ხოლო ელექტრული პოტენციალის შესახებ სტატიაში მოცემული ფორმულა V = E d. ადრე ფორმულა გამოყვანილი იყო კონდენსატორში შენახული ელექტრული პოტენციური ენერგიისგან, PE = 1/2 CV 2.
PE = ელექტრული პოტენციური ენერგია, A = ზედაპირის ფართობი, d = მანძილი, A d = მოცულობა, E = ელექტრული ველი, PE / A d = ელექტრული პოტენციური ენერგია მოცულობის ერთეულზე = ენერგიის სიმკვრივე.
ზემოთ მოცემული ფორმულა ამბობს, რომ ელექტრულ ველში სივრცის მოცულობის ერთეულზე ელექტრული პოტენციური ენერგია პროპორციულია ელექტრული ველის კვადრატის. თუ გამტარის ორ ფირფიტას ან ფურცელს შორის არის დიელექტრიკი, მაშინ εo (ვაკუუმის დიელექტრიკული შეღწევადობა) იცვლება მასალის დიელექტრიკული შეღწევადობით (ε). მიუხედავად იმისა, რომ ენერგიის სიმკვრივის ეს განტოლება გამოყვანილია პარალელური ფირფიტების მქონე კონდენსატორის განტოლების გამოყენებით, ეს განტოლება ასევე ვრცელდება ყველა სივრცეზე, რომელსაც აქვს ელექტრული ველი.
