Kondensatorlarda saqlanadigan elektr energiyasi haqida maqola
Kondensator ikki o'tkazgichli plitalardan iborat bo'lib, ikkita o'tkazgich o'rtasida dielektrik mavjud. Avvaliga ikkita o'tkazgich elektr neytraldir. Kondensatorning ishlashi uchun o'tkazgichning har bir plastinkasi yoki varag'i elektr zaryadlangan bo'lishi kerak, bu yerda har bir o'tkazgichdagi elektr zaryadining miqdori teng, lekin turi jihatidan har xil. Faraz qilaylik, zaryadlangan o'tkazgichlardan biri Q = +10 Kulon , boshqa o'tkazgich Q = -10 Kulon. Ikkala o'tkazgichda ham bir xil katta, ammo qarama-qarshi turdagi elektr zaryadining mavjudligi ikkita o'tkazgich plitalari o'rtasida elektr maydonini hosil qiladi, bu yerda elektr maydonining yo'nalishi musbat zaryaddan manfiy zaryadga to'g'ri keladi. Bundan tashqari, ikkita o'tkazgich o'rtasida elektr potensiallar farqi ham mavjud, bu yerda musbat zaryadlangan o'tkazgichlar yuqori elektr potensialga ega, manfiy zaryadlangan o'tkazgichlar esa pastroq elektr potensialga ega.
Ikkala o'tkazgich ham elektr zaryadiga ega bo'lishi uchun ikkita o'tkazgich batareya yoki boshqa quvvat manbai kabi quvvat manbaiga ulangan. Avvaliga ikkita o'tkazgich neytral bo'ladi, bu yerda manfiy zaryadlangan elektronlar va musbat zaryadlangan protonlar soni teng bo'ladi. Keyin elektronlar o'tkazgichdan boshqa o'tkazgichga o'tkaziladi, shunda elektronni yo'qotgan o'tkazgich musbat zaryadlanadi va elektronni qabul qilgan o'tkazgich manfiy zaryadlanadi. O'tkazilgan elektronlar soni qabul qilingan elektronlar soniga teng, shunda har bir o'tkazgich bir xil elektr zaryadiga ega bo'ladi. E'tibor bering, kondensator batareyaga ulanganida, batareya elektronlarni bir o'tkazgichdan boshqasiga o'tkazish uchun ishlaydi.
O'tkazgichlardan biri manfiy qutbga, ikkinchi o'tkazgich esa musbat qutbga ulangan. Ikki batareya qutbi o'rtasida elektr potensiallar farqi (V) mavjudligi elektronlarning (q) bir o'tkazgichdan boshqasiga harakatlanishiga olib keladi. Ikki o'tkazgich orasidagi potensiallar farqi batareya potensiallar farqiga teng bo'lgandan keyin elektronlar harakati to'xtaydi. Dastlab, o'tkazgich elektr zaryadlanmaganida, elektronlarni harakatlantirish uchun hech qanday ish talab qilinmaydi. Har bir o'tkazgichda elektr zaryadi mavjud bo'lgandan so'ng, elektronlarni harakatlantirish uchun ish kerak bo'ladi. Har bir o'tkazgichdagi elektr zaryadi qanchalik katta bo'lsa, elektronlar orasidagi itarish kuchi tufayli elektronlarni harakatlantirish uchun ish shuncha katta bo'ladi.
Elektronlarning bir o'tkazgichdan ikkinchisiga harakatlanishi bir vaqtning o'zida emas, balki asta-sekin sodir bo'ladi, shuning uchun ikki o'tkazgich orasidagi elektr kuchlanishi ham asta-sekin oshib boradi. Shunday qilib, elektr uzatish paytida umumiy ishni (W) hisoblash uchun o'rtacha kuchlanish qiymati (V/2) ishlatiladi. Shunday qilib, elektronlarni harakatlantirish uchun bajarilgan ish W = Q (V/2) = 1/2 QV ga teng.
Elektronlarni harakatlantirish uchun qilingan ish kondensatorda saqlanadigan elektr potensial energiyasini o'zgartirganligi sababli, kondensatorda saqlanadigan elektr potensial energiyasi PE = 1/2 QV ga teng.
Q = CV bo'lgani uchun, PE = 1/2 QV formulasini PE = 1/2 QV = 1/2 (CV) (V) = 1/2 CV 2 va PE = 1/2 QV = 1/2 (Q) (Q/C) = 1/2 Q 2 / C ga aylantirish mumkin. Bu yerda Q = elektr zaryadi, C = sig'im, V = elektr kuchlanishi.
Elektr maydonidagi elektr energiyasi
Zaryadni to'ldirish jarayonida, har bir o'tkazgich elektr zaryadlana boshlaganda, ikkita plastinka yoki varaq o'rtasida elektr maydoni paydo bo'ladi. Shunday qilib, ish o'tkazgichni elektr zaryadiga aylantirishdan tashqari, bilvosita ikkita plastinka yoki o'tkazgich varaqlari o'rtasida elektr maydonini ham hosil qiladi. Ish kondensatorda saqlanadigan elektr potensial energiyasiga o'zgarganda, energiya elektr maydonida saqlanadi deb hisoblash mumkin.
Quyidagi formula elektr potensial energiyasi va elektr maydoni o'rtasidagi bog'liqlikni matematik tarzda isbotlaydi.
Parallel plastinka kondensator haqidagi maqolada C = A ε o / d formulasi olingan va elektr potensiali haqidagi maqolada V = E d formulasi keltirilgan. Ilgari formula kondensatorda saqlangan elektr potensial energiyasidan, PE = 1/2 CV2 dan olingan edi.
PE = elektr potensial energiyasi, A = sirt maydoni, d = masofa, A d = hajm, E = elektr maydoni, PE / A d = birlik hajmdagi elektr potensial energiyasi = energiya zichligi.
Yuqoridagi formulada elektr maydonidagi fazoning birlik hajmiga to'g'ri keladigan elektr potensial energiyasi elektr maydonining kvadratiga mutanosib ekanligi aytilgan. Agar o'tkazgichning ikkita plastinkasi yoki varaqlari orasida dielektrik bo'lsa, u holda εo (vakuumning o'tkazuvchanligi) materialning o'tkazuvchanligi (ε) bilan almashtiriladi. Energiya zichligining bu tenglamasi parallel plitalar kondensatorining tenglamasi yordamida olingan bo'lsa-da, bu tenglama elektr maydoniga ega bo'lgan barcha fazolarga ham tegishli.
