Materjal għall-ħażna tal-enerġija elettrika f'kapaċitaturi
Kapaċitatur huwa magħmul minn żewġ pjanċi/folji kondutturi u bejn iż-żewġ kondutturi hemm dielettrikuInizjalment, iż-żewġ kondutturi mhumiex iċċarġjati bl-elettriku. Biex il-kapaċitatur jiffunzjona, kull pjanċa/folja ta' konduttur trid tkun iċċarġjata bl-elettriku, fejn l-ammont ta' ċarġ elettriku fuq kull konduttur huwa l-istess iżda ta' tipi differenti. Pereżempju, konduttur wieħed għandu ċarġ ta' Q = +10 Coulombs, imbagħad il-konduttur l-ieħor għandu ċarġ ta' Q = -10 Coulombs. L-eżistenza ta' ċarġ elettriku ta' kobor ugwali iżda tip oppost fiż-żewġ kondutturi jagħti lok għal kamp elettriku bejn iż-żewġ pjanċi kondutturi, fejn id-direzzjoni tal-kamp elettriku hija mill-ċarġ pożittiv għall-ċarġ negattiv. Barra minn hekk, tinqala' wkoll differenza fil-potenzjal elettriku bejn iż-żewġ kondutturi, fejn il-konduttur iċċarġjat b'mod pożittiv ikollu potenzjal elettriku ogħla filwaqt li l-konduttur iċċarġjat b'mod negattiv ikollu potenzjal elettriku aktar baxx.
Biex jiċċarġjaw iż-żewġ kondutturi, huma konnessi ma' sors ta' enerġija, bħal batterija jew sors ieħor ta' enerġija. Inizjalment, iż-żewġ kondutturi huma newtrali, b'numru ugwali ta' elettroni ċċarġjati b'mod negattiv u protoni ċċarġjati b'mod pożittiv. L-elettroni mbagħad jiġu trasferiti minn konduttur għall-ieħor, li jirriżulta f'li l-konduttur li jitlef l-elettroni jsir iċċarġjat b'mod pożittiv u l-konduttur li jikseb l-elettroni jsir iċċarġjat b'mod negattiv. In-numru ta' elettroni trasferiti huwa ugwali għan-numru ta' elettroni riċevuti, li jirriżulta f'kull konduttur li jkollu l-istess ċarġ elettriku. Ta' min jinnota li meta capacitor ikun konness ma' batterija, il-batterija taġixxi bħala konduttur, u tittrasferixxi l-elettroni minn konduttur għall-ieħor.
Konduttur wieħed huwa konness mal-pol negattiv u l-konduttur l-ieħor huwa konness mal-pol pożittiv. Il-preżenza ta' differenza fil-potenzjal elettriku (V) bejn iż-żewġ terminali tal-batterija tikkawża t-trasferiment ta' elettroni (q) minn konduttur għall-ieħor. It-trasferiment ta' elettroni jieqaf ladarba d-differenza fil-potenzjal bejn iż-żewġ kondutturi tkun ugwali għad-differenza fil-potenzjal tal-batterija. Inizjalment, meta l-kondutturi ma jkunux iċċarġjati elettrikament, ma jkun meħtieġ l-ebda xogħol biex jiċċaqalqu l-elettroni. Ladarba jkun hemm ċarġ elettriku fuq kull konduttur, ikun meħtieġ xogħol biex jiċċaqalqu l-elettroni. Iktar ma jkun kbir iċ-ċarġ elettriku fuq kull konduttur, iktar ikun kbir ix-xogħol meħtieġ biex jiċċaqalqu l-elettroni minħabba l-forza repulsiva bejn l-elettroni.
It-trasferiment ta' elettroni minn konduttur għal ieħor ma jseħħx simultanjament iżda gradwalment sabiex il-vultaġġ elettriku bejn iż-żewġ kondutturi jiżdied ukoll gradwalment. Għalhekk, biex jiġi kkalkulat ix-xogħol totali (W) matul it-trasferiment tal-elettroni, jintuża l-valur medju tal-vultaġġ (V/2). Għalhekk, ix-xogħol li jsir biex jiġu mċaqalqa l-elettroni huwa W = Q (V/2) = 1/2 Q V. Minħabba li x-xogħol biex jiġu mċaqalqa l-elettroni jiġi kkonvertit f'enerġija potenzjali elettrika maħżuna fil-kapaċitatur, l-enerġija potenzjali elettrika maħżuna fil-kapaċitatur hija EP = 1/2 Q V. Minħabba li Q = CV, il-formula EP = 1/2 QV tista' tinbidel għal EP = 1/2 QV = 1/2 (CV)(V) = 1/2 CV2 u EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q2/W. Deskrizzjoni: Q = ċarġ elettriku, C = kapaċitanza, V = vultaġġ elettriku.
Enerġija elettrika f'kamp elettriku
Matul il-proċess tal-iċċarġjar, meta kull konduttur jibda jiċċarġja, jinħoloq kamp elettriku bejn iż-żewġ pjanċi/folji kondutturi. Għalhekk, ix-xogħol li jsir mhux biss iwassal biex il-konduttur jiġi ċċarġjat bl-elettriku, iżda wkoll indirettament joħloq kamp elettriku bejn iż-żewġ pjanċi/folji kondutturi. Minħabba li x-xogħol jiġi kkonvertit f'enerġija potenzjali elettrika maħżuna fil-kapaċitatur, jista' jiġi kkunsidrat li l-enerġija tinħażen fil-kamp elettriku.
Il-formula li ġejja hija derivata biex tipprova matematikament ir-relazzjoni bejn l-enerġija potenzjali elettrika u l-kampi elettriċi.
Fl-artiklu intitolat kapaċitatur tal-pjanċa parallela il-formula C = A ε ġiet derivatao/s u fl-artiklu intitolat potenzjal elettriku Il-formula V = E s ġiet iddikjarata. Preċedentement, ġiet derivata l-formula għall-enerġija potenzjali elettrika maħżuna f'kapaċitatur, jiġifieri EP = 1/2 CV2.
Deskrizzjoni tal-formula: EP = enerġija potenzjali elettrika, A = erja tal-wiċċ, s = distanza, A s = volum, E = kamp elettriku, EP/A s = enerġija potenzjali elettrika għal kull unità ta' volum = densità tal-enerġija.
Il-formula ta' hawn fuq tiddikjara li l-enerġija potenzjali elettrika għal kull unità ta' volum ta' spazju f'kamp elettriku hija proporzjonali għall-kwadru tal-kamp elettriku. Jekk ikun hemm dielettriku bejn iż-żewġ pjanċi/folji kondutturi, allura εo (il-permettività tal-ispazju ħieles) hija sostitwita bil-permettività tal-materjal (ε). Għalkemm din l-ekwazzjoni tad-densità tal-enerġija hija derivata bl-użu tal-ekwazzjoni tal-kapaċitatur tal-pjanċi paralleli, din l-ekwazzjoni tapplika wkoll għall-ispazji kollha li għandhom kamp elettriku.
