Материјал за складиштење електричне енергије у кондензаторима
Кондензатор је састављен од две плоче/листова проводника, а између два проводника се налази диелектрик . У почетку, оба проводника нису електрично наелектрисана. Да би кондензатор функционисао, свака плоча/лист проводника мора бити електрично наелектрисана, при чему је количина електричног наелектрисања на сваком проводнику иста, али различитих типова. На пример, један проводник има наелектрисање Q = +10 Кулона, а други проводник има наелектрисање Q = -10 Кулона. Присуство исте величине, али супротних типова електричног наелектрисања на оба проводника ствара електрично поље између две плоче проводника, где је смер електричног поља од позитивног ка негативном наелектрисању. Поред тога, између два проводника настаје и разлика електричног потенцијала, где позитивно наелектрисани проводник има већи електрични потенцијал, док негативно наелектрисани проводник има нижи електрични потенцијал.
Да би се оба проводника напунила, они су повезани са извором напајања, као што је батерија или други извор напајања. У почетку су оба проводника неутрална, са једнаким бројем негативно наелектрисаних електрона и позитивно наелектрисаних протона. Електрони се затим преносе са једног проводника на други, што резултира тиме да проводник губи електроне и постаје позитивно наелектрисан, а проводник добија електроне и постаје негативно наелектрисан. Број пренетих електрона једнак је броју примљених електрона, што резултира тиме да сваки проводник има исто електрично наелектрисање. Треба напоменути да када је кондензатор повезан са батеријом, батерија делује као проводник, преносећи електроне са једног проводника на други.
Један проводник је повезан са негативним полом, а други проводник са позитивним полом. Присуство електричне потенцијалне разлике (V) између два терминала батерије узрокује пренос електрона (q) са једног проводника на други. Пренос електрона се зауставља када је потенцијална разлика између два проводника једнака потенцијалној разлици батерије. У почетку, када проводници нису електрично наелектрисани, није потребан рад за померање електрона. Када постоји електрично наелектрисање на сваком проводнику, потребан је рад за померање електрона. Што је веће електрично наелектрисање на сваком проводнику, већи је рад потребан за померање електрона због одбојне силе између електрона.
Пренос електрона са једног проводника на други се не дешава истовремено, већ постепено, тако да се електрични напон између два проводника такође постепено повећава. Дакле, да би се израчунао укупан рад (W) током преноса електрона, користи се просечна вредност напона (V/2). Дакле, рад извршен за померање електрона је W = Q (V/2) = 1/2 Q V. Пошто се рад за померање електрона претвара у електричну потенцијалну енергију ускладиштену у кондензатору, електрична потенцијална енергија ускладиштена у кондензатору је EP = 1/2 Q V. Пошто је Q = CV, формула EP = 1/2 QV може се променити у EP = 1/2 QV = 1/2 (CV)(V) = 1/2 CV 2 и EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q 2 /C. Информације: Q = електрично наелектрисање, C = капацитет, V = електрични напон.
Електрична енергија у електричном пољу
Током процеса пуњења, када сваки проводник почне да се пуни, ствара се електрично поље између две проводне плоче/листа. Стога, обављени рад не само да узрокује електрично наелектрисање проводника, већ индиректно ствара и електрично поље између две проводне плоче/листа. Пошто се рад претвара у електричну потенцијалну енергију ускладиштену у кондензатору, може се сматрати да је енергија ускладиштена унутар електричног поља.
Следећа формула је изведена да би се математички доказала веза између електричне потенцијалне енергије и електричних поља.
У чланку под називом Плочасти кондензатори изведена је формула C = A ε o /s , а у чланку под називом Електрични потенцијал наведена је формула V = E s. Претходно је изведена формула за електричну потенцијалну енергију ускладиштену у кондензатору, наиме EP = 1/2 CV 2.
Опис формуле: EP = електрична потенцијална енергија, A = површина, s = растојање, A s = запремина, E = електрично поље, EP/A s = електрична потенцијална енергија по јединици запремине = густина енергије.
Горња формула каже да је електрична потенцијална енергија по јединици запремине простора у електричном пољу пропорционална квадрату електричног поља. Ако постоји диелектрик између две проводне плоче/листа, онда се εo ( пермитивност слободног простора) замењује пермитивношћу материјала (ε). Иако је ова једначина густине енергије изведена коришћењем једначине кондензатора са паралелним плочама, ова једначина се такође примењује на све просторе који имају електрично поље.
