ວັດສະດຸເກັບຮັກສາພະລັງງານໄຟຟ້າໃນຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າ
ຕົວເກັບປະຈຸປະກອບດ້ວຍສອງແຜ່ນ/ແຜ່ນຕົວນຳ ແລະ ລະຫວ່າງສອງຕົວນຳມີ dielectricໃນເບື້ອງຕົ້ນ, ຕົວນຳທັງສອງບໍ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າ. ເພື່ອໃຫ້ຕົວເກັບປະຈຸເຮັດວຽກໄດ້, ແຕ່ລະແຜ່ນ/ແຜ່ນຂອງຕົວນຳຕ້ອງມີປະຈຸໄຟຟ້າ, ເຊິ່ງປະລິມານປະຈຸໄຟຟ້າໃນແຕ່ລະຕົວນຳແມ່ນຄືກັນແຕ່ມີປະເພດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ຕົວຢ່າງ, ຕົວນຳໜຶ່ງມີປະຈຸ Q = +10 ຄູລອມ, ຫຼັງຈາກນັ້ນຕົວນຳອີກອັນໜຶ່ງມີປະຈຸ Q = -10 ຄູລອມ. ການມີຢູ່ຂອງ ປະຈຸໄຟຟ້າ ມີຂະໜາດເທົ່າກັນແຕ່ມີປະເພດກົງກັນຂ້າມໃນຕົວນຳທັງສອງເຮັດໃຫ້ເກີດ ສະໜາມໄຟຟ້າ ລະຫວ່າງແຜ່ນຕົວນຳສອງແຜ່ນ, ບ່ອນທີ່ທິດທາງຂອງສະໜາມໄຟຟ້າແມ່ນຈາກປະຈຸບວກໄປຫາປະຈຸລົບ. ນອກຈາກນັ້ນ, ຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງທ່າແຮງໄຟຟ້າຍັງເກີດຂຶ້ນລະຫວ່າງສອງຕົວນຳ, ບ່ອນທີ່ຕົວນຳທີ່ມີປະຈຸບວກມີທ່າແຮງໄຟຟ້າສູງກວ່າໃນຂະນະທີ່ຕົວນຳທີ່ມີປະຈຸລົບມີທ່າແຮງໄຟຟ້າຕ່ຳກວ່າ.
ເພື່ອສາກໄຟຕົວນຳທັງສອງ, ພວກມັນຕ້ອງເຊື່ອມຕໍ່ກັບແຫຼ່ງພະລັງງານ, ເຊັ່ນ: ແບັດເຕີຣີ ຫຼື ແຫຼ່ງພະລັງງານອື່ນໆ. ໃນເບື້ອງຕົ້ນ, ຕົວນຳທັງສອງມີຮູບຮ່າງເປັນກາງ, ໂດຍມີຈຳນວນເອເລັກຕຣອນທີ່ມີປະຈຸລົບ ແລະ ໂປຣຕອນທີ່ມີປະຈຸບວກເທົ່າກັນ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ເອເລັກຕຣອນຈະຖືກໂອນຈາກຕົວນຳໜຶ່ງໄປຫາອີກຕົວນຳໜຶ່ງ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ຕົວນຳທີ່ສູນເສຍເອເລັກຕຣອນກາຍເປັນປະຈຸບວກ ແລະ ຕົວນຳທີ່ໄດ້ຮັບເອເລັກຕຣອນຈະກາຍເປັນປະຈຸລົບ. ຈຳນວນເອເລັກຕຣອນທີ່ຖືກໂອນເທົ່າກັບຈຳນວນເອເລັກຕຣອນທີ່ໄດ້ຮັບ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ຕົວນຳແຕ່ລະຕົວມີປະຈຸໄຟຟ້າເທົ່າກັນ. ຄວນສັງເກດວ່າເມື່ອຕົວເກັບປະຈຸເຊື່ອມຕໍ່ກັບແບັດເຕີຣີ, ແບັດເຕີຣີຈະເຮັດໜ້າທີ່ເປັນຕົວນຳ, ໂອນເອເລັກຕຣອນຈາກຕົວນຳໜຶ່ງໄປຫາອີກຕົວໜຶ່ງ.
ຕົວນຳໜຶ່ງເຊື່ອມຕໍ່ກັບຂົ້ວລົບ ແລະ ຕົວນຳອີກອັນໜຶ່ງເຊື່ອມຕໍ່ກັບຂົ້ວບວກ. ການມີຄວາມແຕກຕ່າງທາງດ້ານທ່າແຮງທາງໄຟຟ້າ (V) ລະຫວ່າງຂົ້ວແບັດເຕີຣີສອງຂົ້ວເຮັດໃຫ້ການໂອນເອເລັກຕຣອນ (q) ຈາກຕົວນຳໜຶ່ງໄປຫາອີກອັນໜຶ່ງ. ການໂອນເອເລັກຕຣອນຈະຢຸດລົງເມື່ອຄວາມແຕກຕ່າງທາງດ້ານທ່າແຮງລະຫວ່າງສອງຕົວນຳເທົ່າກັບຄວາມແຕກຕ່າງທາງດ້ານທ່າແຮງຂອງແບັດເຕີຣີ. ໃນເບື້ອງຕົ້ນ, ເມື່ອຕົວນຳບໍ່ໄດ້ມີປະຈຸໄຟຟ້າ, ບໍ່ຈຳເປັນຕ້ອງມີວຽກເພື່ອເຄື່ອນຍ້າຍເອເລັກຕຣອນ. ເມື່ອມີປະຈຸໄຟຟ້າຢູ່ເທິງຕົວນຳແຕ່ລະອັນ, ຕ້ອງມີວຽກເພື່ອເຄື່ອນຍ້າຍເອເລັກຕຣອນ. ປະຈຸໄຟຟ້າຢູ່ເທິງຕົວນຳແຕ່ລະອັນຫຼາຍເທົ່າໃດ, ວຽກກໍ່ຈະຍິ່ງຕ້ອງໃຊ້ເພື່ອເຄື່ອນຍ້າຍເອເລັກຕຣອນຫຼາຍຂຶ້ນຍ້ອນແຮງດັນລະຫວ່າງເອເລັກຕຣອນ.
ການໂອນເອເລັກຕຣອນຈາກຕົວນຳໜຶ່ງໄປຫາອີກຕົວໜຶ່ງບໍ່ໄດ້ເກີດຂຶ້ນພ້ອມໆກັນ ແຕ່ຈະຄ່ອຍໆເກີດຂຶ້ນ ດັ່ງນັ້ນແຮງດັນໄຟຟ້າລະຫວ່າງສອງຕົວນຳຈຶ່ງເພີ່ມຂຶ້ນເທື່ອລະກ້າວ. ສະນັ້ນ ເພື່ອຄິດໄລ່ວຽກທັງໝົດ (W) ໃນລະຫວ່າງການໂອນເອເລັກຕຣອນ, ຄ່າແຮງດັນສະເລ່ຍ (V/2) ຈຶ່ງຖືກນໍາໃຊ້. ສະນັ້ນ ວຽກທີ່ເຮັດເພື່ອເຄື່ອນຍ້າຍເອເລັກຕຣອນແມ່ນ W = Q (V/2) = 1/2 Q V. ເນື່ອງຈາກວ່າວຽກທີ່ໃຊ້ເພື່ອເຄື່ອນຍ້າຍເອເລັກຕຣອນຖືກປ່ຽນເປັນພະລັງງານສັກຍະພາບໄຟຟ້າທີ່ເກັບໄວ້ໃນຕົວເກັບປະຈຸ, ພະລັງງານສັກຍະພາບໄຟຟ້າທີ່ເກັບໄວ້ໃນຕົວເກັບປະຈຸແມ່ນ EP = 1/2 Q V. ເນື່ອງຈາກ Q = CV, ສູດ EP = 1/2 QV ສາມາດປ່ຽນເປັນ EP = 1/2 QV = 1/2 (CV)(V) = 1/2 CV2 ແລະ EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q2/ວ. ລາຍລະອຽດ: Q = ປະຈຸໄຟຟ້າ, C = ຄວາມຈຸ, V = ແຮງດັນໄຟຟ້າ.
ພະລັງງານໄຟຟ້າໃນສະໜາມໄຟຟ້າ
ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການສາກໄຟ, ເມື່ອຕົວນຳແຕ່ລະຕົວເລີ່ມສາກໄຟ, ສະໜາມໄຟຟ້າຈະຖືກສ້າງຂຶ້ນລະຫວ່າງແຜ່ນ/ແຜ່ນຕົວນຳສອງແຜ່ນ. ດັ່ງນັ້ນ, ວຽກງານທີ່ເຮັດບໍ່ພຽງແຕ່ເຮັດໃຫ້ຕົວນຳມີປະຈຸໄຟຟ້າເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງສ້າງສະໜາມໄຟຟ້າໂດຍທາງອ້ອມລະຫວ່າງແຜ່ນ/ແຜ່ນຕົວນຳສອງແຜ່ນ. ເນື່ອງຈາກວ່າວຽກງານດັ່ງກ່າວຖືກປ່ຽນເປັນພະລັງງານສັກຍະພາບໄຟຟ້າທີ່ເກັບໄວ້ໃນຕົວເກັບປະຈຸ, ຈຶ່ງສາມາດພິຈາລະນາໄດ້ວ່າພະລັງງານຖືກເກັບໄວ້ພາຍໃນສະໜາມໄຟຟ້າ.
ສູດຕໍ່ໄປນີ້ແມ່ນໄດ້ມາຈາກການພິສູດທາງຄະນິດສາດກ່ຽວກັບຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າ ແລະ ສະໜາມໄຟຟ້າ.
ໃນບົດຄວາມທີ່ມີຊື່ວ່າ ຕົວເກັບປະຈຸແຜ່ນຂະໜານ ສູດ C = A ε ໄດ້ມາo/s ແລະ ໃນບົດຄວາມທີ່ມີຫົວຂໍ້ວ່າ ທ່າແຮງໄຟຟ້າ ສູດ V = E s ໄດ້ຖືກລະບຸໄວ້ແລ້ວ. ກ່ອນໜ້ານີ້, ສູດສຳລັບພະລັງງານໄຟຟ້າທີ່ມີທ່າແຮງທີ່ເກັບໄວ້ໃນຕົວເກັບປະຈຸໄດ້ມາຈາກ, ຄື EP = 1/2 CV2.
ຄຳອະທິບາຍສູດ: EP = ພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າ, A = ພື້ນທີ່ຜິວ, s = ໄລຍະທາງ, A s = ປະລິມານ, E = ສະໜາມໄຟຟ້າ, EP/A s = ພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າຕໍ່ໜ່ວຍປະລິມານ = ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານ.
ສູດຂ້າງເທິງນີ້ລະບຸວ່າພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າຕໍ່ໜ່ວຍປະລິມານຂອງພື້ນທີ່ໃນສະໜາມໄຟຟ້າແມ່ນສັດສ່ວນກັບກຳລັງສອງຂອງສະໜາມໄຟຟ້າ. ຖ້າມີໄດອີເລັກຕຣິກລະຫວ່າງແຜ່ນ/ແຜ່ນຕົວນຳສອງແຜ່ນ, ແລ້ວ εo (ຄວາມດັນໄຟຟ້າຂອງພື້ນທີ່ຫວ່າງ) ຖືກປ່ຽນແທນດ້ວຍຄວາມດັນໄຟຟ້າຂອງວັດສະດຸ (ε). ເຖິງແມ່ນວ່າສົມຜົນຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານນີ້ໄດ້ມາຈາກການໃຊ້ສົມຜົນຂອງຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າແບບແຜ່ນຂະໜານ, ແຕ່ສົມຜົນນີ້ຍັງໃຊ້ໄດ້ກັບທຸກພື້ນທີ່ທີ່ມີສະໜາມໄຟຟ້າ.
