ບົດຄວາມກ່ຽວກັບພະລັງງານໄຟຟ້າທີ່ເກັບໄວ້ໃນຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າ
ໄດ້ ກະແສໄຟຟ້າ ປະກອບດ້ວຍແຜ່ນສອງຕົວນຳ ແລະ ລະຫວ່າງສອງຕົວນຳ ມີໄດອີເລັກຕຣິກ. ໃນຕອນທຳອິດ, ຕົວນຳທັງສອງມີຄວາມເປັນກາງທາງໄຟຟ້າ. ເພື່ອໃຫ້ຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າເຮັດວຽກໄດ້, ແຕ່ລະແຜ່ນ ຫຼື ແຜ່ນຂອງຕົວນຳຕ້ອງມີປະຈຸໄຟຟ້າ, ເຊິ່ງປະລິມານປະຈຸໄຟຟ້າໃນແຕ່ລະຕົວນຳແມ່ນເທົ່າກັນ ແຕ່ແຕກຕ່າງກັນໃນປະເພດ. ສົມມຸດວ່າໜຶ່ງໃນຕົວນຳທີ່ມີປະຈຸແມ່ນ Q = +10 ຄູລອມ, ຕົວນຳອີກອັນໜຶ່ງແມ່ນ Q = -10 Coulomb. ການມີປະຈຸໄຟຟ້າຂະໜາດໃຫຍ່ຄືກັນແຕ່ກົງກັນຂ້າມກັນໃນຕົວນຳທັງສອງຈະສ້າງສະໜາມໄຟຟ້າລະຫວ່າງແຜ່ນຕົວນຳສອງແຜ່ນ, ບ່ອນທີ່ທິດທາງຂອງສະໜາມໄຟຟ້າແມ່ນຈາກປະຈຸບວກໄປຫາປະຈຸລົບ. ນອກຈາກນັ້ນ, ຍັງມີຄວາມແຕກຕ່າງທາງດ້ານທ່າແຮງໄຟຟ້າລະຫວ່າງສອງຕົວນຳ, ບ່ອນທີ່ຕົວນຳທີ່ມີປະຈຸບວກມີທ່າແຮງໄຟຟ້າສູງກວ່າໃນຂະນະທີ່ຕົວນຳທີ່ມີປະຈຸລົບມີທ່າແຮງໄຟຟ້າຕ່ຳກວ່າ.
ເພື່ອໃຫ້ຕົວນຳທັງສອງມີປະຈຸໄຟຟ້າ, ຕົວນຳທັງສອງຕ້ອງເຊື່ອມຕໍ່ກັບແຫຼ່ງພະລັງງານ, ເຊັ່ນ: ແບັດເຕີຣີ ຫຼື ແຫຼ່ງພະລັງງານອື່ນໆ. ໃນຕອນທຳອິດ, ຕົວນຳທັງສອງຈະເປັນກາງ, ບ່ອນທີ່ຈຳນວນເອເລັກຕຣອນທີ່ມີປະຈຸລົບ ແລະ ໂປຣຕອນທີ່ມີປະຈຸບວກແມ່ນເທົ່າກັນ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ເອເລັກຕຣອນຈະຖືກໂອນຈາກຕົວນຳໄປຫາຕົວນຳອີກອັນໜຶ່ງ ເພື່ອໃຫ້ຕົວນຳທີ່ສູນເສຍເອເລັກຕຣອນຈະມີປະຈຸບວກ ແລະ ຕົວນຳທີ່ໄດ້ຮັບເອເລັກຕຣອນຈະມີປະຈຸລົບ. ຈຳນວນເອເລັກຕຣອນທີ່ຖືກໂອນແມ່ນເທົ່າກັບຈຳນວນເອເລັກຕຣອນທີ່ໄດ້ຮັບ ເພື່ອໃຫ້ຕົວນຳແຕ່ລະອັນມີປະຈຸໄຟຟ້າເທົ່າກັນ. ໃຫ້ສັງເກດວ່າ ເມື່ອຕົວເກັບປະຈຸເຊື່ອມຕໍ່ກັບແບັດເຕີຣີ, ແບັດເຕີຣີຈະເຮັດໜ້າທີ່ຍ້າຍເອເລັກຕຣອນຈາກຕົວນຳໜຶ່ງໄປຫາອີກຕົວໜຶ່ງ.
ຕົວນຳໜຶ່ງເຊື່ອມຕໍ່ກັບຂົ້ວລົບ ແລະ ຕົວນຳອີກອັນໜຶ່ງເຊື່ອມຕໍ່ກັບຂົ້ວບວກ. ການມີຢູ່ຂອງຄວາມແຕກຕ່າງທາງດ້ານທ່າແຮງໄຟຟ້າ (V) ລະຫວ່າງຂົ້ວແບັດເຕີຣີສອງຂົ້ວເຮັດໃຫ້ເກີດການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນ (q) ຈາກຕົວນຳໜຶ່ງໄປຫາອີກອັນໜຶ່ງ. ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນຈະຢຸດຫຼັງຈາກຄວາມແຕກຕ່າງທາງດ້ານທ່າແຮງລະຫວ່າງສອງຕົວນຳເທົ່າກັບຄວາມແຕກຕ່າງທາງດ້ານທ່າແຮງຂອງແບັດເຕີຣີ. ໃນຕອນທຳອິດ, ເມື່ອຕົວນຳບໍ່ໄດ້ມີປະຈຸໄຟຟ້າ, ບໍ່ຈຳເປັນຕ້ອງມີວຽກເພື່ອຍ້າຍເອເລັກຕຣອນ. ຫຼັງຈາກມີປະຈຸໄຟຟ້າຢູ່ເທິງຕົວນຳແຕ່ລະອັນ, ມັນຕ້ອງໃຊ້ວຽກເພື່ອຍ້າຍເອເລັກຕຣອນ. ປະຈຸໄຟຟ້າໃນແຕ່ລະຕົວນຳຍິ່ງຫຼາຍເທົ່າໃດ, ວຽກກໍ່ຈະຍິ່ງຫຼາຍເທົ່ານັ້ນເພື່ອຍ້າຍເອເລັກຕຣອນເນື່ອງຈາກແຮງດັນລະຫວ່າງເອເລັກຕຣອນ.
ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນຈາກຕົວນຳໜຶ່ງໄປຫາອີກຕົວໜຶ່ງບໍ່ໄດ້ເກີດຂຶ້ນພ້ອມໆກັນ ແຕ່ຈະຄ່ອຍໆເກີດຂຶ້ນ ດັ່ງນັ້ນແຮງດັນໄຟຟ້າລະຫວ່າງສອງຕົວນຳຈຶ່ງເພີ່ມຂຶ້ນເທື່ອລະກ້າວ. ສະນັ້ນ, ເພື່ອຄິດໄລ່ວຽກທັງໝົດ (W) ໃນລະຫວ່າງການຖ່າຍໂອນໄຟຟ້າ, ຄ່າແຮງດັນສະເລ່ຍ (V/2) ຈຶ່ງຖືກນຳໃຊ້. ສະນັ້ນ, ວຽກທີ່ເຮັດເພື່ອເຄື່ອນທີ່ເອເລັກຕຣອນແມ່ນ W = Q (V/2) = 1/2 Q V.
ເນື່ອງຈາກວຽກງານໃນການເຄື່ອນທີ່ເອເລັກຕຣອນຈະປ່ຽນແປງພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າທີ່ເກັບໄວ້ໃນຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າ, ພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າທີ່ເກັບໄວ້ໃນຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນ PE = 1/2 Q V.
ເນື່ອງຈາກ Q = CV, ສູດ PE = 1/2 QV ສາມາດປ່ຽນເປັນ PE = 1/2 QV = 1/2 (CV) (V) = 1/2 CV2 ແລະ PE = 1/2 QV = 1/2 (Q) (Q/C) = 1/2 Q2 / C. ບ່ອນທີ່ Q = ປະຈຸໄຟຟ້າ, C = ຄວາມຈຸ, V = ແຮງດັນໄຟຟ້າ.
ພະລັງງານໄຟຟ້າໃນຂະແໜງໄຟຟ້າ
ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເກັບປະຈຸໄຟຟ້າ, ເມື່ອຕົວນຳແຕ່ລະຕົວເລີ່ມມີປະຈຸໄຟຟ້າ, ລະຫວ່າງແຜ່ນ ຫຼື ແຜ່ນສອງແຜ່ນ, ສະໜາມໄຟຟ້າຈະເກີດຂຶ້ນ. ດັ່ງນັ້ນ, ວຽກງານຈຶ່ງຖືກເຮັດແລ້ວ, ນອກເໜືອໄປຈາກການເຮັດໃຫ້ຕົວນຳມີປະຈຸໄຟຟ້າແລ້ວ, ມັນຍັງນຳສະເໜີສະໜາມໄຟຟ້າທາງອ້ອມລະຫວ່າງສອງແຜ່ນ ຫຼື ແຜ່ນຂອງຕົວນຳ. ເນື່ອງຈາກວຽກງານປ່ຽນເປັນພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າທີ່ເກັບໄວ້ໃນຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າ, ຈຶ່ງສາມາດພິຈາລະນາໄດ້ວ່າພະລັງງານຖືກເກັບໄວ້ໃນສະໜາມໄຟຟ້າ.
ສູດຕໍ່ໄປນີ້ພິສູດທາງຄະນິດສາດກ່ຽວກັບຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າ ແລະ ສະໜາມໄຟຟ້າ.
ໃນບົດຄວາມກ່ຽວກັບຕົວເກັບປະຈຸແຜ່ນຂະໜານ, ສູດ C = A εo /d ໄດ້ຖືກສືບທອດມາ ແລະ ບົດຄວາມກ່ຽວກັບທ່າແຮງໄຟຟ້າໄດ້ລະບຸສູດ V = E d. ກ່ອນໜ້ານີ້, ສູດໄດ້ມາຈາກພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າທີ່ເກັບໄວ້ໃນຕົວເກັບປະຈຸໄຟຟ້າ, PE = 1/2 CV2.
PE = ພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າ, A = ພື້ນທີ່ຜິວໜ້າ, d = ໄລຍະທາງ, A d = ປະລິມານ, E = ສະໜາມໄຟຟ້າ, PE / A d = ພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າຕໍ່ໜ່ວຍປະລິມານ = ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານ.
ສູດຂ້າງເທິງນີ້ລະບຸວ່າພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າຕໍ່ໜ່ວຍປະລິມານຂອງພື້ນທີ່ໃນສະໜາມໄຟຟ້າແມ່ນສັດສ່ວນກັບກຳລັງສອງຂອງສະໜາມໄຟຟ້າ. ຖ້າລະຫວ່າງສອງແຜ່ນ ຫຼື ແຜ່ນຂອງຕົວນຳມີໄດອີເລັກຕຣິກ, ຫຼັງຈາກນັ້ນ εo (ຄວາມເພີຕິເວດຂອງສູນຍາກາດ) ຈະຖືກທົດແທນດ້ວຍຄວາມເພີຕິເວດຂອງວັດສະດຸ (ε). ເຖິງແມ່ນວ່າສົມຜົນຂອງຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານນີ້ແມ່ນໄດ້ມາຈາກການໃຊ້ສົມຜົນຂອງຕົວເກັບປະຈຸແຜ່ນຂະໜານ, ສົມຜົນນີ້ຍັງໃຊ້ໄດ້ກັບທຸກພື້ນທີ່ທີ່ມີສະໜາມໄຟຟ້າ.
