Opgeslagen energie in condensator

Wanneer een condensator is aangesloten op een batterij, komen de ladingen van de batterij en worden opgeslagen in de platen van de condensator. Dit proces van energieopslag vindt echter stap voor stap plaats.
Aan het begin heeft de condensator geen lading of potentiaal. D.w.z. V = 0 volt en q = 0 C.

Tijdens het schakelen zal de volledige spanning van de batterij over de condensator vallen. Een positieve lading (q) komt op de positieve plaat van de condensator, maar er wordt geen werk verricht voor deze eerste lading (q) om van de batterij naar de positieve plaat van de condensator te komen. Dit is omdat de condensator geen eigen spanning over zijn platen heeft, maar de initiële spanning is afkomstig van de batterij. De eerste lading zorgt voor een kleine hoeveelheid spanning over de platen van de condensator, en vervolgens komt de tweede positieve lading op de positieve plaat van de condensator, maar wordt afgestoten door de eerste lading. Aangezien de batterij-spanning groter is dan de spanning van de condensator, wordt deze tweede lading op de positieve plaat opgeslagen.

Onder deze omstandigheden moet een kleine hoeveelheid werk worden verricht om de tweede lading in de condensator op te slaan. Voor de derde lading verschijnt hetzelfde fenomeen. Langzaam maar zeker worden ladingen opgeslagen in de condensator tegen de reeds opgeslagen ladingen, en de kleine hoeveelheid werk die wordt gedaan, neemt toe.

Het kan niet gezegd worden dat de spanning van de condensator vastligt. Dit komt omdat de spanning van de condensator vanaf het begin niet vastligt. Het zal op zijn maximale limiet zijn wanneer de capaciteit van de condensator gelijk is aan die van de batterij.
Naarmate de opslag van ladingen toeneemt, neemt ook de spanning van de condensator toe, evenals de energie van de condensator.
Dus bij dit punt van discussie kan de energievergelijking voor de condensator niet worden geschreven als energie (E) = V.q
Naarmate de spanning toeneemt, neemt het elektrisch veld (E) binnen de dielektrische stof van de condensator geleidelijk toe, maar in tegengestelde richting, d.w.z. van de positieve plaat naar de negatieve plaat.

Hierbij is dx de afstand tussen de twee platen van de condensator.

Lading zal van de batterij naar de plaat van de condensator stromen totdat de condensator dezelfde capaciteit heeft als de batterij.
We moeten dus de energie van de condensator vanaf het begin tot het moment dat de lading volledig is, berekenen.

Stel, een kleine lading q wordt opgeslagen in de positieve plaat van de condensator ten opzichte van de batterijspanning V en een kleine hoeveelheid werk wordt gedaan, dW.
Over de totale laadtijd kunnen we dan schrijven dat,

Nu gaan we kijken naar de energieverlies tijdens de laadtijd van een condensator door een batterij.
Aangezien de batterij een vaste spanning heeft, volgt het energieverlies van de batterij altijd de vergelijking, W = V.q, deze vergelijking is niet van toepassing op de condensator, omdat deze niet vanaf het begin een vaste spanning heeft tijdens het opladen door de batterij.
De lading die de condensator van de batterij verzamelt, is

Nu de lading die verloren gaat bij de batterij is

Deze helft van de totale hoeveelheid energie gaat naar de condensator en de andere helft van de energie raakt automatisch verloren bij de batterij, en dit moet altijd in gedachten worden gehouden.

Bron: Electrical4u.

Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de moede gedeeld, indien er een inbreuk is contact opnemen voor verwijdering.