انرژی ذخیره شده در میدان الکتریکی؛فیزیک عمومی 2؛ ظرفیت و خازن؛ جلسه 7

سلام و عرض ادب خدمت دوستان عزیزم ، امیدوارم حال دلتون عالی باشه. در ادامه مباحث فصل ظرفیت و خازن، امروز قصد داریم به این موضوع بپردازیم: انرژی ذخیره شده در میدان الکتریکی. با ما همراه باشید.

برای پر کردن خازن باید یک عامل خارجی کار انجام دهد. مثلاً از یک خازن بدون بار شروع می کنیم، فرض کنید که با یک موچین جادویی الکترونها را از یک صفحه خازن،کنده در همان لحظه آنها را به صفحه دیگر منتقل می کنید. میدان الکتریکی ایجاد شده در فضای بین صفحات خازن به صورتی است که با انتقال بیشتر مخالفت می کند. پس با جمع شدن بار بر روی صفحات خازن برای ادامۀ انتقال الکترون به کار بیشتری نیاز دارید. در عمل این کار نه توسط موچین جادویی که توسط باتری به قیمت از دست دادن انرژی شیمیایی ذخیره شده در آن، انجام می شود.

فرض می کنیم که کار لازم برای باردار کردن خازن به صورت انرژی پتانسیل الکتریکی U در میدان الکتریکی بین صفحات خازن ذخیره می شود.

با استفاده از ظرفیتهای معادل می توان ظرفیت ترکیبهای پیچیده سری – موازی را نیز به دست آورد.

انرژی پتانسیل : انرژی پتانسیل الکتریکی U یک خازن باردار عبارت است از:

این انرژی با کار لازم برای باردار کردن خازن برابر است. این انرژی را می توان به میدان الکتریکی  خازن نسبت داد. با تعمیم این مطلب می توانیم به هر میدان الکتریکی یک انرژی ذخیره شده نسبت دهیم.

چگالی انرژی: در خلاء چگالی انرژی u، یا انرژی پتانسیل بر واحد حجم، در یک میدان الکتریکی با اندازه E عبارت است از:

برای جا افتادن موضوع بریم یک مثال رو با هم ببنیم و حل کنیم.

مثال ) یک خازن تخت که بین صفحات آن هوا قرار دارد دارای مساحت صفحه Cm² 40  و فاصله بین صفحات 1mm می باشد و تا اختلاف پتانسیل 600 ولت باردار می شود. 

(الف) ظرفیت

(ب) اندازه بار روی هر صفحه

(ج) انرژی ذخیره شده 

(ه) چگالی انرژی بین صفحات آن چقدر است؟

حل مساله رو با هم ببینیم به چه صورت هست.

این هم یک مثال دیگر:

مثال : فرض کنید یک الکترون ثابت بار نقطه ای است. چگالی انرژی uمیدان الکتریکی آن را در فاصله های:
الف) r = 1mm

ب) r = 1μm 

ج) uدر حد ∞ → r چقدر است؟

برای دیدن حل این مثال میتوانید به این لینک از ویدئوی آموزشی در فروشگاه وبسایت مون مراجعه کنید. البته که کانال یوتیوب ما هم در این آدرس قابل مشاهده هست. حتما همزمان با دیدن این ویدئو ها، جزوه این فصل را هم می توانید از این آدرس تهیه کنید.

باز هم سپاسگزاریم بابت همراهی ما و اینکه خواندن نظرات سازنده شما برای ما راهگشا خواهد بود. پس منتظر کامنت های شما عزیزان هستیم.

موفق باشید.