انرژی ذخیره شده در عناصر الکترونیکی [ ویرایش ]

انرژی پتانسیل الکتریکی ذخیره شده در خازن U E =1/2CV 2 است

برخی از عناصر در مدار می توانند انرژی را از شکلی به شکل دیگر تبدیل کنند. به عنوان مثال، یک مقاومت انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می کند. این به عنوان اثر ژول شناخته می شود . یک خازن آن را در میدان الکتریکی خود ذخیره می کند. کل انرژی پتانسیل الکترواستاتیکی که در خازن ذخیره می شود با استفاده از

{\displaystyle U_{E}={\frac {1}{2}}QV={\frac {1}{2}}CV^{2}={\frac {Q^{2}}{2C}} }که در آن C ظرفیت ، V اختلاف پتانسیل الکتریکی و Q بار ذخیره شده در خازن است .

طرح کلی اثبات

می توان بارها را به یک خازن با افزایش بی نهایت کوچک جمع کرد،{\displaystyle dq\to 0}، به طوری که مقدار کار انجام شده برای جمع آوری هر افزایش در محل نهایی خود را می توان به صورت بیان کرد

{\displaystyle W_{q}=V\,dq={\frac {q}{C}}dq.}

کل کار انجام شده برای شارژ کامل خازن در این روش است

{\displaystyle W=\int dW=\int _{0}^{Q}V\,dq={\frac {1}{C}}\int _{0}^{Q}q\,dq={ \frac {Q^{2}}{2C}}.}

جایی کهسکل شارژ خازن است. این کار به عنوان انرژی پتانسیل الکترواستاتیک ذخیره می شود، بنابراین،

{\displaystyle W=U_{E}={\frac {Q^{2}}{2C}}.}

قابل ذکر است که این عبارت فقط در صورتی معتبر است که{\displaystyle dq\to 0}که برای سیستم های دارای بار زیاد مانند خازن های بزرگ دارای الکترودهای فلزی قابل استفاده است. برای سیستم های کم شارژ، ماهیت گسسته شارژ مهم است. کل انرژی ذخیره شده در یک خازن چند شارژ می باشد

{\displaystyle U_{E}={\frac {Q^{2}}{2C}}}

که با روش مونتاژ بار با استفاده از کوچکترین افزایش بار فیزیکی به دست می آید{\displaystyle \Delta q=e}جایی کههواحد ابتدایی شارژ است وQ = Neجایی کهنتعداد کل شارژهای خازن است.

کل انرژی پتانسیل الکترواستاتیک نیز ممکن است بر حسب میدان الکتریکی در شکل بیان شود

{\displaystyle U_{E}={\frac {1}{2}}\int _{V}\mathrm {E} \cdot \mathrm {D} \,dV}

جایی که\mathrm {D}میدان جابجایی الکتریکی در یک ماده دی الکتریک است و انتگرال در کل حجم دی الکتریک است.

(یک آزمایش مجازی بر اساس انتقال انرژی بین صفحات خازن نشان می دهد که وقتی انرژی الکترواستاتیکی بر حسب میدان الکتریکی و بردار جابجایی s بیان می شود یک عبارت اضافی باید در نظر گرفته شود [3] .

در حالی که این انرژی اضافی هنگام برخورد با عایق ها از بین می رود، به طور کلی نمی توان آن را نادیده گرفت، مثلاً در مورد نیمه هادی ها.)

کل انرژی پتانسیل الکترواستاتیک ذخیره شده در یک دی الکتریک باردار نیز ممکن است بر حسب بار حجمی پیوسته بیان شود.\rho،

{\displaystyle U_{E}={\frac {1}{2}}\int _{V}\rho \Phi \,dV}جایی که انتگرال در کل حجم دی الکتریک است.

این دو عبارت اخیر فقط برای مواردی معتبر هستند که کوچکترین افزایش بار صفر باشد ({\displaystyle dq\to 0}) مانند دی الکتریک ها در حضور الکترودهای فلزی یا دی الکتریک های حاوی بارهای زیاد.

یادداشت ها [ ویرایش ]

  1. ^ صفر مرجع معمولاً حالتی در نظر گرفته می شود که در آن بارهای نقطه منفرد به خوبی از هم جدا شده اند ("در جدایی بی نهایت هستند") و در حالت سکون هستند.
  2. ↑ ضریب یک نصف «دوبرابر شمارش» جفت‌های شارژ را تشکیل می‌دهد. برای مثال، فقط دو اتهام را در نظر بگیرید.

منابع [ ویرایش ]

  1. ↑ الکترومغناطیس (ویرایش دوم)، IS Grant، WR Phillips، Manchester Physics Series، 28 ISBN -471-92712-
  2. ^ هالیدی، دیوید؛ رسنیک، رابرت؛ واکر، جرل (1997). "پتانسیل الکتریکی". مبانی فیزیک (ویرایش پنجم). جان وایلی و پسران شابک -471-1559-7.
  3. ^ Sallese (216-6-1). "یک جزء جدید انرژی الکترواستاتیک در نیمه هادی ها" . مجله فیزیکی اروپا B. 89 (6): 136. doi : 1.114/epjb/e216-6865-4 . ISSN 1434-636 . S2CID 12731496 .

پیوندهای خارجی [ ویرایش ]

  • رسانه‌های مرتبط با انرژی پتانسیل الکتریکی در ویکی‌انبار

​

​https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_potential_energy