Энергия конденсатора
Энергия заряженного конденсатора — это энергия электрического поля между его обкладками. Она определяется зарядом и напряжением: чем больше заряд или напряжение, тем больше запасённая энергия.
Формулы энергии
Основная формула часто записывается как \(W=\frac{CU^2}{2}\). Здесь \(C\) — электрическая ёмкость, а \(U\) — напряжение между обкладками. Если известны заряд и напряжение, удобнее использовать \(W=\frac{qU}{2}\). Когда даны заряд и ёмкость, применяют \(W=\frac{q^2}{2C}\).
Все три выражения равносильны, потому что заряд конденсатора связан с ёмкостью и напряжением формулой \(q=CU\). При преобразовании формул в физике сначала удобно выписать известные величины, затем выбрать выражение, в котором нет неизвестных, и только после этого подставлять числа в единицах СИ.
Конденсатор ёмкостью \(C=2\,\text{мкФ}\) заряжен до напряжения \(U=100\,\text{В}\). Переведём ёмкость: \(2\,\text{мкФ}=2\cdot10^{-6}\,\text{Ф}\). Тогда \(W=\frac{2\cdot10^{-6}\cdot100^2}{2}=0{,}01\,\text{Дж}\).
Энергия измеряется в джоулях, а не в ваттах. Ватт — единица мощности, то есть скорости передачи энергии. Также напряжение входит в формулу как \(U^2\): если напряжение увеличить в 2 раза при неизменной ёмкости, энергия увеличится в 4 раза.
Во сколько раз изменится энергия конденсатора при увеличении напряжения в 3 раза, если ёмкость постоянна?
Главное
- Энергия заряженного конденсатора: \(W=\frac{CU^2}{2}=\frac{qU}{2}=\frac{q^2}{2C}\).
- Выбирайте формулу по данным задачи и обязательно переводите величины в единицы СИ.
- При постоянной ёмкости энергия пропорциональна квадрату напряжения.