Энергия заряженного конденсатора

В заряженном конденсаторе обкладки име­ют разноименные заряды и взаимодейст­вуют между собой благодаря электричес­кому полю, которое сосредоточено в прост­ранстве между обкладками. О телах, между которыми существует взаимодействие, гово­рят, что они имеют потенциальную энер­гию. Следовательно, можно говорить и об энергии заряженного конденсатора.

Обкладки заряженного конден­сатора взаимодействуют между собой.

Наличие энергии у заряженного конден­сатора можно подтвердить опытами.

Возьмем конденсатор достаточно боль­шой емкости, источник тока, лампочку на­кала и составим электрическую цепь, схема которой изображена на рис. 4.82. Переведем переключатель S в положение 1 и зарядим конденсатор до определенной разности по­тенциалов от источника GB. Если после этого перевести переключатель в положение 2, то можно наблюдать кратковременную вспышку света вследствие накала нити лам­почки. Наблюдаемое явление можно объяс­нить тем, что заряженный конденсатор имел энергию, за счет которой была выполнена работа по накалу спирали лампочки.

Рис. 4.82. Схема опыта, который пока­зывает наличие энергии в заряженном конденсаторе

Рис. 4.83. Изменение заряда конденса­тора при его зарядке

В соответствии с законом сохранения энер­гии работа, выполненная при разрядке кон­денсатора, равняется работе, выполненной при его зарядке. Расчет этой работы и, соответственно, потенциальной энергии кон­денсатора осложнен особенностями процес­са зарядки конденсатора. Пластины его за­ряжаются и разряжаются постепенно. Зави­симость заряда Q конденсатора от времени при зарядке показана на графике (рис. 4.83). Заряд не только увеличивается постепенно, но и скорость его изменения не остается постоянной. Итак, вести расчеты на осно­вании формулы A = qEd нельзя, поскольку напряженность электрического поля не остается постоянной. Разность потенциалов также изменяется от нуля до максимально­го значения. На рис. 4.84 показано, что разность потенциалов изменяется про­порционально заряду конденсатора. Такая зависимость характерна для силы упругос­ти, которая зависит от удлинения пружины (рис. 4.85).

Воспользовавшись таким подобием, мож­но сделать вывод, что энергия заряженного конденсатора будет равна

W = QΔφ / 2. Материал с сайта http://worldof.school

Рис. 4.84. К вычислению работы элект­рического поля

Рис. 4.85. К вычислению работы силы упругости

Эта энергия равна работе по зарядке конденсатора, которая численно равна пло­щади заштрихованного треугольника на гра­фике рис. 4.84.

Учитывая, что Q = CΔφ, получим

W = C(Δφ)² / 2.

А если учесть связь разности потенциалов с зарядом Δφ = Q / C, то потенциальная энер­гия конденсатора может быть вычислена по формуле

W = (Q / 2) • (Q / C) = Q² / 2C.

На этой странице материал по темам:

• Каково значение энергии заряженого конденсатора?

• Самостоятельная работа по теме электроемкость плоского конденсатора

• Вывод формулы энергии заряженного конденсатора q2/2c

• Энергия заряженного конденсатора шпора

• Доклад на тему энергия заряженного конденсатора

Вопросы по этому материалу:

• Почему заряженный конденсатор имеет энергию?

• Каково происхождение энергии конденсатора?

• Какова особенность процесса зарядки конденсатора?

• Как определить энергию конденсатора с помощью графика?

• Какие физические величины определяют энергию конденсатора?