ทิ้งไว้ที่อุปกรณ์ของตัวเอง ประจุไฟฟ้าสองก้อนที่มีชื่อเดียวกันไม่ต้องการอะไรต่อกัน พวกมันบินได้เร็วที่สุด ดังนั้น หากอนุภาคถูกบังคับให้เคลื่อนที่เข้าหากัน (และสิ่งนี้เกิดขึ้น เช่น เมื่อสะสมประจุ) พวกมันจะต้านทานสิ่งนี้ในทุกวิถีทางที่เป็นไปได้ และเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของประจุในตัวนำไฟฟ้า พลังงานบางอย่าง จะต้องใช้จ่าย
ในสภาวะคงที่ พลังงานนี้จะไม่ถูกใช้และสูญเสียไปอย่างแก้ไขไม่ได้ มันถูกเก็บไว้เป็นสนามไฟฟ้า - ความตึงเครียดในช่องว่างระหว่างอนุภาคที่มีประจุ - จนกว่าความเข้มข้นของประจุจะลดลงและพวกมันฟื้นความสามารถในการเคลื่อนที่อย่างอิสระ
ในกรณีนี้ ประจุจะใช้พลังงานสะสมของไฟฟ้าเพื่อรับการเร่งความเร็วในทางของมัน
ตัวเก็บประจุเป็นส่วนประกอบวงจรไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อเก็บสนามไฟฟ้าโดยเฉพาะ
พลังงานของสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุเป็นพื้นฐานของการใช้งานในอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก
ตรรกะง่าย ๆ บอกว่าตัวเก็บประจุที่ชาร์จด้วยแรงดันไฟฟ้า V จะต้องใช้พลังงาน QV จูลเพื่อเข้าสู่สถานะใหม่ และค่านี้เป็นพลังงานของสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุอย่างแม่นยำ เก็บไว้ในนั้นและพร้อมสำหรับ ใช้.
น่าเสียดายที่สามัญสำนึกล้มเหลวที่นี่ เพียงเพราะคุณรู้สึกดีหลังจากดื่มเบียร์ ไม่ได้หมายความว่าคุณจะรู้สึกดีเป็นสองเท่าหลังจากดื่มเบียร์ครั้งที่สอง
อันที่จริงแล้ว เมื่อประจุใกล้เข้ามา พวกเขาต่อต้านอย่างดุเดือดมากขึ้นเรื่อยๆ เห็นได้ชัดว่าที่นี่เรากำลังจัดการกับกระบวนการที่ไม่เป็นเชิงเส้น
เรามาดูกันว่าพลังงานของสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุถูกกำหนดโดยอาศัยการทดลองง่ายๆ อย่างไร
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ากระแสถูกกำหนดให้เป็นความเร็วที่ประจุเคลื่อนที่ ดังนั้น หากคุณเชื่อมต่อตัวเก็บประจุกับแหล่งกำเนิดกระแสเสถียร ประจุ Q จะสะสมบนเพลตในอัตราคงที่
สมมติว่าเราใช้ตัวเก็บประจุที่ไม่ได้ชาร์จแล้วเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟที่ให้กระแสไฟชาร์จคงที่ I.
แรงดันบนตัวเก็บประจุเริ่มจากศูนย์และเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงจนกว่าตัวเก็บประจุจะชาร์จจนเต็ม หลังจากนั้นจะหยุด เรียกค่านี้ว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุด V
แรงดันเฉลี่ยของตัวเก็บประจุระหว่างการชาร์จคือ (V/2) และกำลังเฉลี่ยตามลำดับคือ I(V/2) ตัวเก็บประจุถูกชาร์จในเวลา T วินาที ดังนั้นพลังงานของสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุที่เก็บไว้ในกระบวนการชาร์จคือ TI (V/2)
W=1/2QV=1/2CV
ถึงแม้จะมีขนาดมากมาย แต่อุปกรณ์เก็บประจุไฟฟ้าก็ยังมีความหลากหลายไม่มากนัก
ส่วนใหญ่ประกอบด้วยแผ่นขนานสองแผ่นที่คั่นด้วยไดอิเล็กตริก บางครั้งเพื่อประหยัดเนื้อที่ แซนวิชนี้ม้วนขึ้นเหมือนม้วน และในบางกรณีมีหลายชั้นเชื่อมต่อกัน
การคำนวณความจุของตัวเก็บประจุที่ประกอบด้วยแผ่นโลหะสองแผ่นซึ่งมีขนาดทางกายภาพที่ทราบนั้นมักจะไม่ยาก เช่นเดียวกับการคำนวณความจุที่ได้เมื่อตัวเก็บประจุต่อแบบอนุกรมหรือแบบขนาน