电容器中的电能存储材料
电容器由两块导体板/片组成，两块导体板/片之间夹有电介质。初始状态下，两块导体板/片均不带电。电容器要正常工作，每块导体板/片都必须带电，且两块导体板/片上的电荷量相同，但电荷类型不同。例如，一块导体板/片带电量为 Q = +10 库仑，另一块导体板/片带电量为 Q = -10 库仑。两块导体板/片上电荷量相同但类型相反，会在两块导体板/片之间产生电场，电场方向由正电荷指向负电荷。此外，两块导体板/片之间还会产生电势差，带正电的导体板/片具有较高的电势，而带负电的导体板/片具有较低的电势。
要给两个导体充电，需要将它们连接到电源，例如电池或其他电源。初始状态下，两个导体都是中性的，具有等量的带负电的电子和带正电的质子。然后，电子从一个导体转移到另一个导体，导致失去电子的导体带正电，而获得电子的导体带负电。转移的电子数等于获得的电子数，因此每个导体都带相同的电荷。需要注意的是，当电容器连接到电池时，电池充当导体，将电子从一个导体转移到另一个导体。
一根导线连接到电池负极，另一根导线连接到电池正极。电池两端之间存在电势差 (V)，导致电子 (q) 从一根导线转移到另一根导线。当两根导线之间的电势差等于电池的电势差时，电子转移停止。最初，当导线不带电时，移动电子不需要做功。一旦每根导线都带上电荷，移动电子就需要做功。由于电子之间的斥力，每根导线上的电荷越多，移动电子所需的功就越大。
电子从一个导体转移到另一个导体并非同时发生，而是逐渐发生的，因此两个导体之间的电压也逐渐升高。为了计算电子转移过程中的总功 (W)，需要使用平均电压值 (V/2)。因此，移动电子所做的功为 W = Q (V/2) = 1/2 Q V。由于移动电子所做的功转化为储存在电容器中的电势能，因此电容器中储存的电势能为 EP = 1/2 Q V。因为 Q = CV，所以公式 EP = 1/2 QV 可以简化为 EP = 1/2 QV = 1/2 (CV)(V) = 1/2 CV²和EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q² / C。信息：Q = 电荷量，C = 电容，V = 电压。
电场中的电能
在充电过程中，当每个导体开始充电时，两个导体板/片之间会产生电场。因此，所做的功不仅使导体带电，而且间接地在两个导体板/片之间产生了电场。由于所做的功转化为储存在电容器中的电势能，因此可以认为能量储存在电场中。
推导以下公式，从数学上证明电势能与电场之间的关系。
在题为“平行板电容器”的文章中，推导出了公式 C = A ε o /s ；在题为“电势”的文章中，阐述了公式 V = E s。此前，已经推导出了电容器中存储的电势能公式，即 EP = 1/2 CV 2。
公式说明：EP = 电势能，A = 表面积，s = 距离，A s = 体积，E = 电场，EP/A s = 单位体积的电势能 = 能量密度。
上述公式表明，电场中单位体积空间内的电势能与电场强度的平方成正比。如果两块导电板/片之间存在介质，则自由空间的介电常数 ε₀将被介质的介电常数 (ε) 所取代。虽然该能量密度方程是基于平行板电容器方程推导而来，但它也适用于所有存在电场的空间。
