Zostawione samym sobie, dwa ładunki elektryczne o tej samej nazwie nie chcą mieć ze sobą nic wspólnego. Lecą tak szybko, jak potrafią. Zatem jeśli cząstki są zmuszone do ruchu względem siebie (a dzieje się to np. podczas kumulowania ładunku), stawiają temu opór w każdy możliwy sposób, a aby zwiększyć gęstość skupienia ładunku w przewodniku, pewną energię musi zostać wydane.
W stanie statycznym energia ta nie jest używana i jest bezpowrotnie tracona. Przechowywane jest jako pole elektryczne – rodzaj napięcia w przestrzeni między naładowanymi cząstkami – aż do zmniejszenia koncentracji ładunków i odzyskania przez nie zdolności do swobodnego poruszania się.
W tym przypadku ładunki wykorzystują zgromadzoną energię elektrycznąpole, aby uzyskać przyspieszenie na swojej drodze.
Kondensator to element obwodu elektrycznego zaprojektowany specjalnie do przechowywania pola elektrycznego.
Energia pola elektrycznego kondensatora jest podstawą jego zastosowania w wielu urządzeniach elektrycznych i elektronicznych.
Prosta logika podpowiada, że kondensator naładowany do napięcia V będzie potrzebował energii QV dżuli, aby osiągnąć nowy stan, a ta wartość jest dokładnie energią pola elektrycznego kondensatora, zmagazynowanego w nim i gotowego do użyj.
Niestety, zdrowy rozsądek tutaj zawodzi. Tylko dlatego, że czujesz się dobrze po wypiciu piwa, nie oznacza to, że po wypiciu drugiego poczujesz się dokładnie dwa razy lepiej.
W rzeczywistości, w miarę zbliżania się podopiecznych, coraz bardziej się temu sprzeciwiają. Oczywiście mamy tu do czynienia z procesem nieliniowym.
Zobaczmy, jak wyznacza się energię pola elektrycznego kondensatora na podstawie prostego eksperymentu.
Wiadomo, że prąd definiuje się jako prędkość, z jaką porusza się ładunek. Dlatego, jeśli podłączysz kondensator do źródła stabilizowanego prądu, ładunek Q będzie gromadził się na płytkach ze stałą szybkością.
Załóżmy, że bierzemy nienaładowany kondensator i podłączamy go do zasilacza, który zapewnia stały prąd ładowania I.
Napięcie na kondensatorze zaczyna się od zera i wzrastaliniowo, aż kondensator zostanie w pełni naładowany. Potem się zatrzymuje. Nazwijmy tę wartość maksymalnym napięciem V.
Średnie napięcie na kondensatorze podczas ładowania wynosi (V/2), a średnia moc wynosi odpowiednio I(V/2). Kondensator był ładowany w czasie T sekund, więc energia pola elektrycznego kondensatora zmagazynowana w procesie ładowania wynosi TI (V/2).
W=1/2QV=1/2CV
Pomimo istnienia ogromnej liczby rozmiarów, urządzenie kondensatorowe nie jest bardzo zróżnicowane.
Większość z nich składa się z dwóch równoległych płytek oddzielonych dielektrykiem. Czasami, aby zaoszczędzić miejsce, kanapkę zwija się jak bułkę. A w niektórych przypadkach mają kilka warstw, połączonych w określony sposób.
Obliczanie pojemności kondensatora składającego się z dwóch metalowych płytek o znanych wymiarach fizycznych zwykle nie jest trudne, podobnie jak obliczanie pojemności wynikowej, gdy kondensatory są połączone szeregowo lub równolegle.
