Αφημένα στην τύχη τους, δύο ηλεκτρικά φορτία με το ίδιο όνομα δεν θέλουν καμία σχέση μεταξύ τους. Πετάνε όσο πιο γρήγορα μπορούν. Έτσι, εάν τα σωματίδια αναγκαστούν να κινηθούν το ένα προς το άλλο (και αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, όταν συσσωρεύουν φορτίο), αντιστέκονται σε αυτό με κάθε δυνατό τρόπο και για να αυξηθεί η πυκνότητα συγκέντρωσης φορτίου στον αγωγό, μια ορισμένη ενέργεια πρέπει να δαπανηθεί.
Σε στατική κατάσταση, αυτή η ενέργεια δεν χρησιμοποιείται και χάνεται ανεπανόρθωτα. Αποθηκεύεται ως ηλεκτρικό πεδίο - ένα είδος τάσης στο χώρο μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων - έως ότου μειωθεί η συγκέντρωση των φορτίων και ανακτήσουν την ικανότητα να κινούνται ελεύθερα.
Σε αυτήν την περίπτωση, τα φορτία χρησιμοποιούν τη συσσωρευμένη ενέργεια του ηλεκτρικούπεδίο για να αποκτήσει επιτάχυνση στο δρόμο του.
Ο πυκνωτής είναι ένα εξάρτημα ηλεκτρικού κυκλώματος ειδικά σχεδιασμένο για την αποθήκευση ηλεκτρικού πεδίου.
Η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου ενός πυκνωτή είναι η βάση της χρήσης του σε πολλές ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές.
Η απλή λογική υπαγορεύει ότι ένας πυκνωτής που φορτίζεται σε τάση V θα απαιτεί QV joules ενέργειας για να φτάσει σε μια νέα κατάσταση, και αυτή η τιμή είναι ακριβώς η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου του πυκνωτή, που είναι αποθηκευμένη σε αυτόν και είναι έτοιμος για χρησιμοποιήστε.
Δυστυχώς, η κοινή λογική αποτυγχάνει εδώ. Ακριβώς επειδή αισθάνεστε καλά αφού πιείτε μια μπύρα, δεν σημαίνει ότι θα αισθανθείτε ακριβώς δύο φορές πιο καλά αφού πιείτε τη δεύτερη.
Μάλιστα, όσο πλησιάζουν οι κατηγορίες, αντιστέκονται όλο και πιο σκληρά. Προφανώς, εδώ έχουμε να κάνουμε με μια μη γραμμική διαδικασία.
Ας δούμε πώς προσδιορίζεται η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου ενός πυκνωτή με βάση ένα απλό πείραμα.
Είναι γνωστό ότι το ρεύμα ορίζεται ως η ταχύτητα με την οποία κινείται το φορτίο. Επομένως, εάν συνδέσετε τον πυκνωτή σε μια πηγή σταθεροποιημένου ρεύματος, το φορτίο Q θα συσσωρευτεί στις πλάκες με σταθερό ρυθμό.
Ας υποθέσουμε ότι παίρνουμε έναν αφόρτιστο πυκνωτή και τον συνδέουμε σε ένα τροφοδοτικό που παρέχει σταθερό ρεύμα φόρτισης I.
Η τάση στον πυκνωτή ξεκινά από το μηδέν και αυξάνεταιγραμμικά μέχρι να φορτιστεί πλήρως ο πυκνωτής. Μετά από αυτό σταματά. Ας ονομάσουμε αυτήν την τιμή μέγιστη τάση V.
Η μέση τάση κατά μήκος του πυκνωτή κατά τη φόρτιση είναι (V/2) και η μέση ισχύς, αντίστοιχα, είναι I(V/2). Ο πυκνωτής φορτίστηκε σε χρόνο T δευτερόλεπτα, επομένως η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου του πυκνωτή που αποθηκεύεται στη διαδικασία φόρτισης είναι TI (V/2).
W=1/2QV=1/2CV
Παρά την ύπαρξη ενός τεράστιου αριθμού μεγεθών, η συσκευή πυκνωτή δεν είναι πολύ διαφορετική.
Τα περισσότερα από αυτά αποτελούνται από δύο παράλληλες πλάκες που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό. Μερικές φορές, για εξοικονόμηση χώρου, αυτό το σάντουιτς τυλίγεται σαν ρολό. Και σε ορισμένες περιπτώσεις έχουν πολλά επίπεδα, συνδεδεμένα με συγκεκριμένο τρόπο.
Ο υπολογισμός της χωρητικότητας ενός πυκνωτή που αποτελείται από δύο μεταλλικές πλάκες, με γνωστές φυσικές διαστάσεις, συνήθως δεν είναι δύσκολος, καθώς και ο υπολογισμός της χωρητικότητας που προκύπτει όταν οι πυκνωτές συνδέονται σε σειρά ή παράλληλα.
