Статија за електричната енергија складирана во кондензатори
Кондензаторот е составен од плочи со два проводници, а помеѓу двата проводници има диелектрик. Прво, двата проводници се електрично неутрални. За да функционира кондензаторот, секоја плоча или лим од проводникот мора да биде електрично наелектризирана, при што количината на електричен полнеж во секој проводник е еднаква, но различна по тип. Да претпоставиме дека едниот од наелектризираните проводници е Q = +10 Кулон , а другиот проводник е Q = -10 Кулон. Постоењето на ист голем, но спротивен тип на електричен полнеж во двата проводници генерира електрично поле помеѓу двете плочи на проводниците, каде што насоката на електричното поле е од позитивниот полнеж кон негативниот полнеж. Покрај тоа, постои и разлика во електричниот потенцијал помеѓу двата проводници, каде што позитивно наелектризираните проводници имаат поголем електричен потенцијал, додека негативно наелектризираните проводници имаат помал електричен потенцијал.
За да бидат електрично наелектризирани двата спроводници, двата спроводници се поврзани со извор на енергија, како што е батерија или друг извор на енергија. Прво, двата спроводници се неутрални, каде што бројот на негативно наелектризирани електрони и позитивно наелектризирани протони е еднаков. Потоа електроните се пренесуваат од еден спроводник на друг спроводник, така што спроводникот што го губи електронот станува позитивно наелектризиран, а спроводникот што го прима електронот станува негативно наелектризиран. Бројот на пренесени електрони е еднаков на бројот на примени електрони, така што секој спроводник има ист електричен полнеж. Забележете дека кога кондензаторот е поврзан со батеријата, батеријата дејствува така што ги движи електроните од еден спроводник на друг.
Едниот од спроводниците е поврзан со негативниот пол, а другиот спроводник е поврзан со позитивниот пол. Постоењето на разлика на електричен потенцијал (V) помеѓу двата пола на батеријата предизвикува движење на електрони (q) од еден спроводник до друг. Движењето на електроните запира откако разликата на потенцијали помеѓу двата спроводници ќе се изедначи со разликата на потенцијали на батеријата. На почетокот, кога спроводникот не е електрично наелектризиран, не е потребна работа за движење на електрони. Откако ќе има електричен полнеж на секој спроводник, потребна е работа за движење на електрони. Колку е поголем електричниот полнеж во секој спроводник, толку е поголема работата за движење на електрони поради силата на одбивање помеѓу електроните.
Движењето на електроните од еден проводник до друг не се случува истовремено, туку постепено, така што електричниот напон помеѓу двата проводници исто така постепено се зголемува. Затоа, за да се пресмета вкупната работа (W) за време на електричен пренос, се користи просечната вредност на напонот (V/2). Значи, работата извршена за движење на електроните е W = Q (V/2) = 1/2 Q V.
Бидејќи работата за движење на електроните ја менува електричната потенцијална енергија складирана во кондензаторот, електричната потенцијална енергија складирана во кондензаторот е PE = 1/2 Q V.
Бидејќи Q = CV, формулата PE = 1/2 QV може да се претвори во PE = 1/2 QV = 1/2 (CV) (V) = 1/2 CV2 и PE = 1/2 QV = 1/2 (Q) (Q/C) = 1/2 Q2 / C. Каде што Q = електричен полнеж, C = капацитивност, V = електричен напон.
Електрична енергија во електричното поле
За време на процесот на полнење, кога секој спроводник почнува да се електрично наполнува, помеѓу двете плочи или лимови се појавува електрично поле. Значи, се извршува работа, покрај тоа што спроводникот се електрично наполнува, индиректно се создава електрично поле помеѓу двете плочи или лимови од спроводници. Бидејќи работата се менува во електричната потенцијална енергија складирана во кондензаторот, може да се смета дека енергијата е складирана во електрично поле.
Следната формула математички ја докажува врската помеѓу електричната потенцијална енергија и електричното поле.
Во статијата за паралелен плочест кондензатор, е изведена формулата C = A ε o / d, а во статијата за електричниот потенцијал е наведена формулата V = E d. Претходно, формулата е изведена од електричната потенцијална енергија складирана во кондензаторот, PE = 1/2 CV 2.
PE = електрична потенцијална енергија, A = површина, d = растојание, A d = волумен, E = електрично поле, PE / A d = електрична потенцијална енергија по единица волумен = густина на енергија.
Горенаведената формула наведува дека електричната потенцијална енергија по единица волумен на просторот во електрично поле е пропорционална на квадратот на електричното поле. Ако помеѓу двете плочи или листови на проводникот има диелектрик, тогаш εo (пермитивитетот на вакуумот) се заменува со пермитивитетот на материјалот (ε). Иако оваа равенка на густината на енергијата е изведена со користење на равенката на кондензаторот со паралелни плочи, оваа равенка важи и за сите простори што имаат електрично поле.
