Маводи нигоҳдории энергияи барқӣ дар конденсаторҳо
Конденсатор аз ду пластина/варақи ноқилҳо иборат аст ва дар байни ду ноқил диэлектрик мавҷуд аст . Дар аввал, ҳарду ноқил аз ҷиҳати барқӣ заряднок нестанд. Барои кор кардани конденсатор, ҳар як пластина/варақи ноқил бояд аз ҷиҳати барқӣ заряднок бошад, ки дар он миқдори заряди электрикӣ дар ҳар як ноқил якхела, вале намудҳои гуногун аст. Масалан, як ноқил заряди Q = +10 Кулон дорад, сипас ноқили дигар заряди Q = -10 Кулон дорад. Мавҷудияти намудҳои якхелаи заряди электрикӣ дар ҳарду ноқил майдони электрикиро байни ду пластинаи ноқил ба вуҷуд меорад, ки дар он самти майдони электрикӣ аз заряди мусбат ба заряди манфӣ аст. Илова бар ин, фарқияти потенсиали электрикӣ низ байни ду ноқил ба вуҷуд меояд, ки дар он ноқили мусбат заряднок потенсиали электрикии баландтар дорад, дар ҳоле ки ноқили манфӣ заряднок потенсиали электрикии пасттар дорад.
Барои пур кардани ҳарду ноқил, онҳо ба манбаи барқ, ба монанди батарея ё дигар манбаи барқ пайваст карда мешаванд. Дар аввал, ҳарду ноқил бетараф буда, шумораи баробари электронҳои зарядноки манфӣ ва протонҳои зарядноки мусбат доранд. Сипас, электронҳо аз як ноқил ба ноқили дигар интиқол дода мешаванд, ки дар натиҷа ноқил электронҳоро аз даст медиҳад ва ноқил электронҳоро мегирад, зарядноки манфӣ мегирад. Шумораи электронҳои интиқолшуда ба шумораи электронҳои қабулшуда баробар аст, ки дар натиҷа ҳар як ноқил заряди электрикии якхела дорад. Бояд қайд кард, ки вақте конденсатор ба батарея пайваст карда мешавад, батарея ҳамчун ноқил амал мекунад ва электронҳоро аз як ноқил ба ноқили дигар интиқол медиҳад.
Як ноқил ба қутби манфӣ ва ноқили дигар ба қутби мусбат пайваст карда шудааст. Мавҷудияти фарқи потенсиали электрикӣ (V) байни ду терминали батарея боиси интиқоли электронҳо (q) аз як ноқил ба ноқили дигар мегардад. Интиқоли электронҳо вақте қатъ мешавад, ки фарқи потенсиали байни ду ноқил ба фарқи потенсиали батарея баробар шавад. Дар аввал, вақте ки ноқилҳо заряднок нестанд, барои ҳаракат додани электронҳо кор лозим нест. Пас аз он ки дар ҳар як ноқил заряди электрикӣ мавҷуд аст, барои ҳаракат додани электронҳо кор лозим аст. Ҳар қадар заряди электрикӣ дар ҳар як ноқил зиёд бошад, ҳамон қадар кори лозимӣ барои ҳаракат додани электронҳо аз сабаби қувваи теладиҳанда байни электронҳо зиёдтар аст.
Интиқоли электронҳо аз як ноқил ба ноқили дигар ҳамзамон не, балки тадриҷан сурат мегирад, то шиддати электрикӣ байни ду ноқил низ тадриҷан афзоиш ёбад. Аз ин рӯ, барои ҳисоб кардани кори умумӣ (W) ҳангоми интиқоли электрон, арзиши миёнаи шиддат (V/2) истифода мешавад. Аз ин рӯ, коре, ки барои ҳаракат додани электронҳо анҷом дода мешавад, W = Q (V/2) = 1/2 QV аст. Азбаски кори ҳаракат додани электронҳо ба энергияи потенсиали электрикӣ, ки дар конденсатор нигоҳ дошта мешавад, табдил меёбад, энергияи потенсиали электрикӣ, ки дар конденсатор нигоҳ дошта мешавад, EP = 1/2 QV аст. Азбаски Q = CV, формулаи EP = 1/2 QV-ро метавон ба EP = 1/2 QV = 1/2 (CV)(V) = 1/2 CV2 ва EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q2 /C иваз кард . Маълумот : Q = заряди электрикӣ, C = иқтидор, V = шиддати электрикӣ.
Энергияи барқӣ дар майдони барқӣ
Дар раванди пуркунӣ, вақте ки ҳар як ноқил ба пуркунӣ шурӯъ мекунад, майдони электрикӣ байни ду лавҳа/варақаҳои ноқил ба вуҷуд меояд. Аз ин рӯ, кори анҷомдодашуда на танҳо боиси пуркунии барқии ноқил мегардад, балки бавосита майдони электрикиро байни ду лавҳа/варақаҳои ноқил ба вуҷуд меорад. Азбаски кор ба энергияи потенсиали электрикӣ, ки дар конденсатор нигоҳ дошта мешавад, табдил меёбад, метавон фикр кард, ки энергия дар дохили майдони электрикӣ нигоҳ дошта мешавад.
Барои исботи робитаи математикии байни энергияи потенсиали электрикӣ ва майдонҳои электрикӣ формулаи зерин гирифта шудааст.
Дар мақолае бо номи " Конденсаторҳои пластинаи параллелӣ", формулаи C = A ε o /s ва дар мақолае бо номи " Потенсиали электрикӣ", формулаи V = E s оварда шудааст . Қаблан, формулаи энергияи потенсиали электрикии дар конденсатор нигоҳдошташуда, яъне EP = 1/2 CV2 , гирифта шуда буд.
Тавсифи формула: EP = энергияи потенсиали электрикӣ, A = масоҳати сатҳ, s = масофа, A s = ҳаҷм, E = майдони электрикӣ, EP/A s = энергияи потенсиали электрикӣ барои як воҳиди ҳаҷм = зичии энергия.
Формулаи дар боло овардашуда нишон медиҳад, ки энергияи потенсиали электрикӣ барои як воҳиди ҳаҷми фазо дар майдони электрикӣ ба квадрати майдони электрикӣ мутаносиб аст. Агар байни ду плита/варақаҳои гузаронанда диэлектрикӣ мавҷуд бошад, пас εo ( диэлектрикии гузаронандагии фазои озод) бо гузаронандагии мавод (ε) иваз карда мешавад. Гарчанде ки ин муодилаи зичии энергия бо истифода аз муодилаи конденсатори плитаи параллелӣ ба даст оварда шудааст, ин муодила инчунин ба ҳамаи фазоҳое, ки майдони электрикӣ доранд, дахл дорад.
