Energia Kondensatora i Pole Elektrostatyczne
Pole elektrostatyczne w kondensatorze jest zjawiskiem fundamentalnym w elektrostatyce. Gdy mówimy o energii kondensatora, musimy zrozumieć, jak zachowuje się ładunek elektryczny między okładkami. Natężenie pola elektrycznego między okładkami kondensatora jest kluczowe dla zrozumienia jego działania.
Definicja: Energia naładowanego kondensatora jest równa pracy potrzebnej do jego naładowania. Wyraża się ją wzorem E = Q⋅U/2 = C⋅U2/2, gdzie Q to ładunek, U to napięcie, a C to pojemność kondensatora.
Proces ładowania kondensatora polega na stopniowym przenoszeniu ładunków z jednej okładki na drugą. Początkowo obojętne okładki uzyskują przeciwne ładunki - jedna dodatni, druga ujemny. Z każdą przeniesioną porcją ładunku wzrasta napięcie między okładkami, co wpływa na całkowitą energię zgromadzoną w kondensatorze.
Energia potencjalna naładowanego kondensatora zależy od kilku czynników, w tym od przeniesionego ładunku Q i napięcia U między okładkami. Wzór na energię potencjalną można zapisać na różne sposoby: E = Q⋅U/2 = C⋅U2/2 = Q²/2C. Jednostką energii w układzie SI jest dżul J, który można wyrazić jako iloczyn kulomba i wolta C⋅V.
Przykład: Dla kondensatora o pojemności C = 1μF naładowanego do napięcia U = 100V, energia wynosi E = C⋅U2/2 = 1⋅10−6⋅10000/2 = 5·10⁻⁴ J.