Loading...
 

Energia pola elektrycznego w kondensatorze

Rozpatrzmy początkowo nienaładowany kondensator, który ładujemy, przenosząc elektrony pomiędzy okładkami. Okładka, z której zabieramy elektrony ładuje się dodatnio, a okładka, na którą je przenosimy ujemnie. W wyniku tego postępowania różnica potencjałów rośnie od \( 0 \) do \( \Delta V \), a ładunek na kondensatorze wzrasta od \( 0 \) do \( Q \).
Praca zużyta na przeniesienie porcji ładunku dq pomiędzy okładkami przy panującej w danej chwili różnicy potencjałów \( \Delta V \) wynosi zgodnie ze wzorem Potencjał elektryczny-( 5 )

\( {\mathit{dW}=\mathit{\Delta Vdq}} \)


Musimy przy tym pamiętać, że w trakcie ładowania kondensatora różnica potencjałów rośnie, więc przenoszenie dalszych porcji ładunku jest coraz trudniejsze (wymaga więcej energii). Całkowita praca na przeniesienie ładunku \( Q \), równa energii potencjalnej zgromadzona w kondensatorze, wynosi zatem

\( {W=\overset{{Q}}{\underset{{0}}{\int }}{\mathit{\Delta Vdq}}=\overset{{Q}}{\underset{{0}}{\int}}{\left(\frac{q}{C}\right)\mathit{dq}}=\frac{1}{2}\frac{Q^{{2}}}{C}} \)


gdzie skorzystaliśmy ze wzoru Pojemność elektryczna-( 1 ) na pojemność. Przypomnijmy, że dla kondensatora płaskiego (moduł Pojemność elektryczna )

\( {E=\frac{Q}{\varepsilon _{{0}}S}} \)


skąd

\( {Q=\varepsilon _{{0}}{SE}} \)


Po podstawieniu do wzoru ( 2 ), otrzymujemy

\( {W=\frac{\left(\varepsilon_{{0}}{ES}\right)^{{2}}}{2C}} \)


Uwzględniając wyrażenie Pojemność elektryczna-( 2 ) na pojemność kondensatora płaskiego ostatecznie

\( {W=\frac{\varepsilon _{{0}}E^{{2}}}{2}{Sd}} \)


Zauważmy, że iloczyn \( Sd \) jest objętością kondensatora, więc gęstość energii \( w \) (pola elektrycznego), która jest energią zawartą w jednostce objętości wynosi

\( {w=\frac{W}{{Sd}}=\frac{1}{2}\varepsilon_{{0}}E^{{2}}} \)

Prawo 1: Energia pola elektrycznego w punkcie


Jeżeli w jakimś punkcie przestrzeni istnieje pole elektryczne o natężeniu \( E \), to możemy uważać, że w tym punkcie jest zmagazynowana energia w ilości \( ½ \varepsilon_{0} E^{2} \) na jednostkę objętości.


Ostatnio zmieniona Środa 05 z Październik, 2022 18:50:20 UTC Autor: Zbigniew Kąkol, Kamil Kutorasiński
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.