وقتی صفحه های خازن دارای بار الکتریکی می شوند در خازن انرژی ذخیره می شود. برای اینکه انرژی خازن را مشاهده کنیم، کافی است دو سر یک خازن پر شده را به دو سر یک لامپ کوچک وصل کنیم. به شرط آنکه ظرفیت و اختلاف پتانسیل خازن به اندازه کافی زیاد باشد، لامپ برای مدتی روشن و سپس خاموش می شود.
اثبات فرمول محاسبه انرژی خازن
در حین شارژ شدن خازن باتری کار W=QΔV را روی بار انجام می دهد. و با توجه به افزایش اختلاف پتانسیل دو صفحه در حین شارژ شدن، به ازای انتقال هر بار باید کار بیشتری انجام شود.
و از آنجایی که در این فرایند ظرفیت خازن همواره ثابت می ماند و طبق رابطه V=Q/C ، اختلاف پتانسیل تابع خطی از بار Q است. بنابراین می توان مقدار متوسط اختلاف پتانسیل را به صورت زیر بدست آورد.
کار انجام شده برای باردار شدن کامل خازن برابر با حاصل ضرب کل بارهای جزئی منتقل شده (Q) در اختلاف پتانسیل متوسط است. یعنی :
این کار به صورت انرژی پتانسیل الکتریکی در میدان الکتریکی فضای بین صفحه های خازن ذخیره می شود.
که در این رابطه U بر حسب ژول (J) و Q بر حسب کولن (c) و V بر حسب ولت (V) و C بر حسب فاراد (F) است.
مثال : خازن C=5µF را با پتانسیل V=60V شارژ و آن را از مدار جدا می سازیم.
الف) بار و انرژی ذخیره شده در خازن را بدست آورید.
ب) اگر سطح اشتراک صفحات را دو برابر و فاصله آن ها را نصف کنیم، آنگاه ظرفیت و بارالکتریکی و اختلاف پتانسیل الکتریکی و انرژی ذخیره شده در خازن چه تغییری می کند؟
حل مثال :
تمرین ها
تمرین ۱: خازن تختی را پس از پر کردن از باتری جدا می کنیم، اگر در این حالت یک دی الکتریک بین دو صفحه ی آن قرار دهیم به ترتیب انرژی و اختلاف پتانسیل دو سر آن چگونه تغییر می کند؟
تمرین ۲: با تخلیه‌ی قسمتی از بار الکتریکی یک خازن پر شده، اختلاف پتانسیل دو سر آن ۸۰ درصد کاهش می‌یابد. انرژی این خازن چند درصد کاهش می‌یابد؟
تمرین ۳: ظرفیت خازنی ۱۲ میکروفاراد و بار الکتریکی آن q است. اگر ۳ میلی کولن بار مثبت را از صفحه منفی جدا کرده و به صفحه مثبت منتقل کنیم، انرژی ذخیره شده در خازن به اندازه ۸ ژول افزایش می یابد. Q را محاسبه کنید.
ویدیو آموزشی
به ویدیو آموزشی که توسط استاد مصطفی کبیری آماده شده است، توجه کنید.