دسته‌ها
الکتریسیته ساکن الکتریسیته ساکن فیزیک سوم دبیرستان فیزیک یازدهم

انرژی خازن

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.

ph3 enerjikhazen 01 انرژی خازن

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.

ph3 enerjikhazen 02 انرژی خازن

کار انجام شده برای باردار شدن کامل خازن برابر با حاصل ضرب کل بارهای جزئی منتقل شده (Q) در اختلاف پتانسیل متوسط است. یعنی :

ph3 enerjikhazen 03 انرژی خازناین کار به صورت انرژی پتانسیل الکتریکی در میدان الکتریکی فضای بین صفحه های خازن ذخیره می شود.

ph3 enerjikhazen 04 انرژی خازن

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 :

ph3 enerjikhazen 05 انرژی خازن

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 زیر که توسط استاد مصطفی کبیری آماده شده است، توجه کنید.

مشاهده در یوتیوب | مشاهده در آپارات


حل تمرین ها




از کبیری

مصطفی کبیری کناری متولد سال ۱۳۶۷ در شهرستان فریدونکنار (استان مازندران) ، دبیر فیزیک دبیرستان های شهرستان کلاردشت با سوابق تحصیلی کارشناسی رشته دبیری فیزیک در دانشگاه مازندران و کارشناسی ارشد فیزیک حالت جامد در دانشگاه تربیت مدرس تهران (نا تمام) هستم . هدف از ایجاد این سایت برای من ، ایجاد یک محیطی آموزشی کارآمد است که در آن دانش آموزان بتوانند فیزیک را به صورت پایه ای و مفهومی بیاموزند .

3 دیدگاه دربارهٔ «انرژی خازن»

ناموسا دمت گرم
معلم تکلیف داده بود سوال بنویسید ۱۰ تا از فصل اول …
ما هم از رو شما نوشتیم
خیلییییی ممنون

وقتی رابطه را اثبات میکنیم عدد ۱/۲ ظاهر می شود. اثبات از کتاب درسی حذف شده است. اما مفهوم فیزیکی آن اینست که نصفی از انرژی باتری صرف انجام کار برای حرکت دادن بار الکتریکی در سیم های رابط می شود.

پاسخ

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.