Мақола дар бораи энергияи барқе, ки дар конденсаторҳо нигоҳ дошта мешавад
Конденсатор аз плитаҳои дуноқил иборат аст ва дар байни ду ноқил диэлектрик мавҷуд аст. Дар аввал, ду ноқил аз ҷиҳати электрикӣ бетарафанд. Барои он ки конденсатор кор кунад, ҳар як плита ё варақаи ноқил бояд барқӣ заряднок бошад, ки дар он миқдори заряди электрикӣ дар ҳар як ноқил баробар, вале аз ҷиҳати намуд фарқ мекунад. Фарз мекунем, ки яке аз ноқилҳои заряднок Q = +10 Кулон , ноқили дигар Q = -10 Кулон аст. Мавҷудияти як намуди калон, вале муқобили заряди электрикӣ дар ҳарду ноқил майдони электрикиро байни ду плитаи ноқил ба вуҷуд меорад, ки дар он самти майдони электрикӣ аз заряди мусбат ба заряди манфӣ аст. Илова бар ин, байни ду ноқил низ фарқияти потенсиали электрикӣ вуҷуд дорад, ки дар он ноқилҳои зарядноки мусбат потенсиали электрикии баландтар доранд, дар ҳоле ки ноқилҳои зарядноки манфӣ потенсиали электрикии пасттар доранд.
Барои он ки ҳарду ноқил барқӣ бошанд, ин ду ноқил ба манбаи барқ, ба монанди батарея ё дигар манбаи барқ пайваст карда мешаванд. Дар аввал, ин ду ноқил бетарафанд, ки дар он шумораи электронҳои зарядноки манфӣ ва протонҳои зарядноки мусбат баробар аст. Сипас, электронҳо аз ноқил ба ноқили дигар интиқол дода мешаванд, то ноқиле, ки электронро аз даст медиҳад, зарядноки мусбат мегирад ва ноқиле, ки электронро қабул мекунад, зарядноки манфӣ мегирад. Шумораи электронҳои интиқолшуда ба шумораи электронҳои қабулшуда баробар аст, то ҳар як ноқил заряди барқии якхела дошта бошад. Дар хотир доред, ки вақте ки конденсатор ба батарея пайваст аст, батарея барои интиқоли электронҳо аз як ноқил ба ноқили дигар амал мекунад.
Яке аз ноқилҳо ба қутби манфӣ ва ноқили дигар ба қутби мусбат пайваст аст. Мавҷудияти фарқи потенсиали электрикӣ (V) байни ду қутби батарея боиси ҳаракати электронҳо (q) аз як ноқил ба сӯи дигар мегардад. Ҳаракати электронҳо пас аз он ки фарқи потенсиали байни ду ноқил ба фарқи потенсиали батарея баробар шавад, қатъ мешавад. Дар аввал, вақте ки ноқил барқӣ нест, 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 ҳаракат додани электронҳо аз сабаби қувваи теладиҳӣ байни электронҳо зиёдтар аст.
Ҳаракати электронҳо аз як ноқил ба ноқили дигар на ҳамзамон, балки тадриҷан ба амал меояд, то шиддати электрикӣ байни ду ноқил низ тадриҷан зиёд шавад. Барои ҳисоб кардани кори умумӣ (W) ҳангоми интиқоли барқ, арзиши миёнаи шиддат (V/2) истифода мешавад. Пас, коре, ки барои ҳаракат додани электронҳо анҷом дода мешавад, W = Q (V/2) = 1/2 QV аст.
Азбаски кори ҳаракат додани электронҳо энергияи потенсиали электрикии дар конденсатор нигоҳдошташударо тағйир медиҳад, энергияи потенсиали электрикии дар конденсатор нигоҳдошташуда PE = 1/2 QV аст.
Азбаски Q = CV, формулаи PE = 1/2 QV-ро метавон ба PE = 1/2 QV = 1/2 (CV) (V) = 1/2 CV 2 ва PE = 1/2 QV = 1/2 (Q) (Q/C) = 1/2 Q 2 / C табдил дод. Дар ин ҷо Q = заряди барқӣ, C = иқтидор, V = шиддати барқӣ.
Энергияи барқӣ дар майдони барқӣ
Дар раванди пур кардани заряд, вақте ки ҳар як ноқил ба заряди барқӣ шурӯъ мекунад, байни ду пластина ё варақ, майдони электрикӣ ба вуҷуд меояд. Ҳамин тариқ, кор илова бар заряди барқӣ кардани ноқил, инчунин ба таври ғайримустақим майдони электрикиро байни ду пластина ё варақаҳои ноқилҳо ба вуҷуд меорад, анҷом дода мешавад. Азбаски кор ба энергияи потенсиали электрикии дар конденсатор нигоҳдошташуда тағйир меёбад, метавон фикр кард, ки энергия дар майдони электрикӣ нигоҳ дошта мешавад.
Формулаи зерин робитаи математикии байни энергияи потенсиали электрикӣ ва майдони электрикиро исбот мекунад.
Дар мақола дар бораи конденсатори пластинаи параллелӣ, формулаи C = A ε o / d гирифта шудааст ва дар мақола дар бораи потенсиали электрикӣ формулаи V = E d зикр шудааст. Қаблан, формула аз энергияи потенсиали электрикии дар конденсатор нигоҳдошташуда, PE = 1/2 CV2 гирифта шуда буд.
PE = энергияи потенсиали электрикӣ, A = масоҳати сатҳ, d = масофа, A d = ҳаҷм, E = майдони электрикӣ, PE / A d = энергияи потенсиали электрикӣ барои як воҳиди ҳаҷм = зичии энергия.
Формулаи дар боло зикршуда нишон медиҳад, ки энергияи потенсиали электрикӣ барои як воҳиди ҳаҷми фазо дар майдони электрикӣ ба квадрати майдони электрикӣ мутаносиб аст. Агар байни ду плита ё варақаҳои ноқил диэлектрик мавҷуд бошад, пас εo (диэлектрикии вакуум) бо диэлектрикии мавод (ε) иваз карда мешавад. Гарчанде ки ин муодилаи зичии энергия бо истифода аз муодилаи конденсатори плитаҳои параллелӣ ба даст оварда мешавад, ин муодила инчунин ба ҳамаи фазоҳое, ки майдони электрикӣ доранд, дахл дорад.
