พลังงานของตัวเก็บประจุและความจุของมัน

พลังงานของตัวเก็บประจุและความจุของมัน
พลังงานของตัวเก็บประจุและความจุของมัน
Anonim

หากมีการสื่อสารประจุสองประจุไปยังตัวนำสองตัวที่แยกออกมา จะมีความแตกต่างที่เรียกว่าค่าความต่างศักย์ ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดของประจุเหล่านี้และรูปทรงของตัวนำ ในกรณีที่ประจุมีขนาดเท่ากัน แต่ตรงกันข้ามกับเครื่องหมาย คุณสามารถแนะนำคำจำกัดความของความจุไฟฟ้า ซึ่งคุณจะได้สิ่งนี้เป็นพลังงานของตัวเก็บประจุ ความจุไฟฟ้าของระบบที่ประกอบด้วยตัวนำสองตัวคืออัตราส่วนของประจุหนึ่งตัวต่อความต่างศักย์ระหว่างตัวนำเหล่านี้

พลังงานตัวเก็บประจุ
พลังงานตัวเก็บประจุ

พลังงานของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับความจุโดยตรง อัตราส่วนนี้สามารถกำหนดได้โดยใช้การคำนวณ พลังงานของตัวเก็บประจุ (สูตร) จะถูกแสดงโดยลูกโซ่:

W=(CUU)/2=(qq)/(2C)=qU/2 โดยที่ W คือพลังงานของตัวเก็บประจุ C คือค่าความจุ U คือความต่างศักย์ระหว่างเพลตสองแผ่น (แรงดัน) q คือค่าของประจุ

ค่าของความจุไฟฟ้าขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของตัวนำที่กำหนดและไดอิเล็กทริกที่แยกตัวนำเหล่านี้ ระบบที่สนามไฟฟ้าเข้มข้น (แปลเป็นภาษาท้องถิ่น) เฉพาะในบางพื้นที่เรียกว่าตัวเก็บประจุ ตัวนำที่ประกอบขึ้นเป็นเครื่องนี้เรียกว่าครอบคลุม นี่คือการออกแบบที่เรียบง่ายที่สุดของสิ่งที่เรียกว่าตัวเก็บประจุแบบแบน

สูตรพลังงานตัวเก็บประจุ
สูตรพลังงานตัวเก็บประจุ

อุปกรณ์ที่ง่ายที่สุดคือแผ่นแบนสองแผ่นที่มีความสามารถในการนำไฟฟ้า เพลตเหล่านี้จัดเรียงขนานกันในระยะห่าง (ค่อนข้างเล็ก) จากกันและกันและถูกคั่นด้วยชั้นของอิเล็กทริก พลังงานของสนามตัวเก็บประจุในกรณีนี้จะถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นระหว่างเพลตเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม ใกล้ขอบของแผ่นเปลือกโลกและในพื้นที่โดยรอบบางส่วน รังสีที่ค่อนข้างอ่อนยังคงเกิดขึ้น ในวรรณคดีเรียกว่าทุ่งเร่ร่อน ในกรณีส่วนใหญ่ เป็นเรื่องปกติที่จะละเลยมันและถือว่าพลังงานทั้งหมดของตัวเก็บประจุตั้งอยู่อย่างสมบูรณ์ระหว่างแผ่นเปลือกโลก แต่ในบางกรณีก็ยังคงถูกนำมาพิจารณา (ส่วนใหญ่เป็นกรณีของการใช้จุลภาคหรือในทางกลับกันคือซุปเปอร์คาปาซิเตอร์)

พลังงานสนามตัวเก็บประจุ
พลังงานสนามตัวเก็บประจุ

ความจุไฟฟ้า (เพราะฉะนั้นพลังงานของตัวเก็บประจุ) จะขึ้นอยู่กับเพลตโดยตรง หากคุณดูที่สูตร C \u003d E0S / d โดยที่ C คือความจุ E0 คือค่าของค่าของพารามิเตอร์เช่นการอนุญาติ (ในกรณีนี้คือสุญญากาศ) และ d คือค่าของระยะทาง ระหว่างแผ่นเปลือกโลก เราสามารถสรุปได้ว่าความจุของตัวเก็บประจุแบบแบนนั้นจะแปรผกผันกับค่าระยะห่างระหว่างเพลตเหล่านี้และเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ของพวกมัน หากช่องว่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกเต็มไปด้วยไดอิเล็กตริกเฉพาะ พลังงานของตัวเก็บประจุและความจุของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้น E เท่า (E ในในกรณีนี้การอนุญาติ)

ดังนั้น ตอนนี้เราสามารถแสดงสูตรของพลังงานศักย์ที่สะสมระหว่างเพลต (เพลต) สองแผ่นของตัวเก็บประจุ: W=qEd อย่างไรก็ตาม มันง่ายกว่ามากในการแสดงแนวคิดของ "พลังงานตัวเก็บประจุ" ในแง่ของความจุ: W=(CUU)/2.

สูตรสำหรับการเชื่อมต่อแบบขนานและแบบอนุกรมยังคงเป็นจริงสำหรับตัวเก็บประจุจำนวนเท่าใดก็ได้ที่เชื่อมต่ออยู่ในแบตเตอรี่