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电容器中存储的能量
25.5
考虑一个连接到电池的平行板电容器。通过移动电子做功,使两极板之间产生电势差。
假设在时刻 t,极板已积累电荷 q,极板间的电势差可表示为所积累电荷与电容器电容的比值。
现在,为了使极板上的电荷量略微增加,所做的额外功可表示为极板间电势差与所增加电荷量的乘积。
在 0 到 Q 的范围内对所做的附加功的表达式进行积分,即可得到获得最终电荷 Q 所做的总功。
现在,电容器获得的势能等于为获得电荷 Q 所做的总功,该功可用电势差来表示。
将电容和电势差用电场表示后代入,电容器单位体积的电势能即为带电电容器极板间的能量密度。
当弓箭手拉动弓弦时,他会以弹性势能的形式保存所做的功。 当他松开弦时,势能作为箭的动能被释放。 电容器的工作原理相同,所做的功被保存为电势能。 可以通过测量电容器充电所做的功 (W) 来计算势能 (UC)。
让我们举平行板电容器的例子。 当电容器连接到电池时,连接到电池负极的极板会获得更多的电子,从…