Kondansatörde Saklı Enerji

Kapasitör kapasitör bir pil ile bağlantılı olduğunda, şarjlar pilin içinden gelir ve kapasitör plakalarında depolanır. Ancak bu enerji depolama süreci adım adım gerçekleşir.
İlk başta, kapasitörde herhangi bir şarj veya potansiyel yoktur. yani V = 0 volt ve q = 0 C.

Şimdi anahtarlama sırasında, tam pil gerilimi kapasitörün üzerine düşer. Pozitif bir şarj (q) kapasitörün pozitif plakasına gelecektir, ancak bu ilk şarjın (q) bataryadan kapasitörün pozitif plakasına gelmesi için hiçbir iş yapılmaz. Bu, kapasitör plakaları arasında kendi gerilimini olmadığından, ilk gerilimin pilin neden olduğu için böyle olur. İlk şarj kapasitör plakaları arasında küçük miktarda gerilim oluşturur ve sonra ikinci pozitif şarj kapasitörün pozitif plakasına gelir, ancak ilk şarj tarafından itilir. Pil gerilimi kapasitör geriliminden daha yüksek olduğundan, bu ikinci şarj pozitif plakada saklanır.

Bu durumda, ikinci şarjın kapasitörde saklanması için az miktarda iş yapılmalıdır. Üçüncü şarj için de aynı olay tekrarlanır. Şarjlar, önceden saklanan şarjlar karşıtı olarak ve yapılan az miktardaki iş arttıkça kapasitörde saklanmaya başlar.

Kapasitör geriliminin sabit olduğunu söyleyemeyiz. Çünkü kapasitör gerilimi başlangıçtan itibaren sabit değildir. Kapasitör potansiyeli pilin potansiyeline eşit olduğunda maksimum limitine ulaşacaktır.
Şarjların depolanması arttıkça, kapasitör gerilimi artar ve aynı zamanda kapasitör enerjisi de artar.
Bu nedenle, kapasitör enerjisi E = V.q şeklinde yazılamaz.
Gerilim arttıkça, kapasitör dielektrik içindeki elektrik alan (E) gradyan olarak artar, ancak ters yönde, yani pozitif plaktan negatif plaka doğru.

Burada dx, kapasitör plakaları arasındaki mesafedir.

Şarj, kapasitörün pile kadar potansiye kazanana kadar pilin kapasitör plakasına akar.
Bu nedenle, kapasitör enerjisini şarjın tamamen dolana kadar hesaplamamız gerekmektedir.

Diyelim ki, küçük bir şarj q, kapasitör'un pozitif plakasında V pil gerilimine göre depolanır ve küçük bir iş dW yapılır.
Toplam şarj zamanını göz önünde bulundurarak, şu şekilde yazabiliriz:

Şimdi, bir pil tarafından kapasitörün şarjlanma süresi boyunca olan enerji kaybına geçelim.
Pil sabit gerilimdedir, bu yüzden pilin enerji kaybı her zaman W = V.q denklemine uyar. Bu denklem, kapasitörün pilin şarjlandığı andan itibaren sabit gerilime sahip olmadığını nedeniyle kapasitör için geçerli değildir.
Şimdi, kapasitörün pilin aldığı toplam şarj

Şimdi pil tarafından kaybedilen şarj

Bu toplam enerjinin yarısı kapasitöre gider ve diğer yarısı otomatik olarak pilin kaybettiği enerjidir. Bu, her zaman unutulmamalıdır.

Kaynak: Electrical4u.

Açıklama: Orijinali saygıya değer, iyi makaleler paylaşılabilir, eğer kopyalama varsa lütfen silinizi.