انرژی خازن

خازن وسیله‌ای برای ذخیره سازی بار و انرژی است.

بارهای جدا شده روی صفحات خازن دارای انرژی پتانسیل الكتریكی هستند، زیرا روی آن ها كار انجام شده است. به عنوان مثال وقتی باتری خازنی را شارژ می كند، در واقع باعث انتقال بار منفی از یك صفحه خازن به صفحه دیگر شده است. صفحه‌ای كه بار منفی از روی آن برداشته می‌شود، حامل بار مثبت و دیگری دارای بار منفی خواهد بود، برای انتقال هر جزء بار از صفحه‌ای به صفحه دیگر باید مقداری كار توسط باتری انجام شود. در این حین با زیاد شدن بار روی صفحات، اختلاف پتانسیل دو سر خازن نیز افزایش می‌یابد.

با افزایش ولتاژ خازن، كار انجام شده در مراحل بعدی بیشتر می شود ( زیرا بار موجود روی صفحات خازن، ورود بار جدید را سخت‌تر می‌كنند ). با توجّه به زیاد شدن تدریجی اختلاف پتانسیل دو سر خازن، كار انجام شده توسط باتری برای شارژ كردن خازن برابر حاصل ضرب بار روی صفحات q در اختلاف پتانسیل متوسط V دو سر خازن خواهد بود.

از آن جا كه خازن در ابتدا هیچ ولتاژی ندارد و در نهایت به اندازه V شارژ می‌شود، بنابراین متوسط اختلاف پتانسیل، نصف V خواهد بود. یعنی.

پس كار انجام شده، برای انتقال بار به روی صفحات خازن خواهد بود.

كار انجام شده برای شارژ خازن از بین نمی‌رود و به صورت انرژی پتانسیل الكتریكی در خازن ذخیره می‌شود، پس انرژی ذخیره شده در خازن برابر است با:

(١)

اگر به جای q مقدار معادلش یعنی CV و یا به جای V مقدار معادلش یعنی  قرار گیرد رابطه فوق بدین صورت خواهد شد:

(٢)

در فیلم و تصویر زیر جرقه ای را مشاهده میكنید كه بر اثر آزاد شدن انرژی خازن به وجود آمده است.

برای مشاهده فیلم کلیک کنید.

اگر مایل باشید ارتباط انرژی خازن و كار را مشاهده كنید، مطلب زیر را به دقت بخوانید:

فرض كنید خازنی شارژ شده (با ولتاژ ٥kV) و از منبع ولتاژ جدا گردیده است. حال اگر فاصله صفحات افزایش یابد انرژی ذخیره شده در خازن چه تغییری می كند؟ اختلاف پتانسیل دو سر خازن چه تغییری می كند؟ اگر فاصله صفحات كم شود اختلاف پتانسیل چه تغییری می كند؟

برای پاسخ به این سؤال به فیلم زیر توجّه كنید.

برای مشاهده فیلم کلیک کنید.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا