Električna energija. Če je električno polje E sposobno nabit delec premikati, pospeševati, dipole obračati, jih inducirati in drugo, potem mora biti v njem nekaj, kar to zmore; in to je verjetno energija! Vprašanj ne manjka, prednjačita pa dve: kolikšna ta je in kje je? Pojdimo po vrsti!

 Imejmo kondenzator kapacitivnosti C in vir, ki ga bo elektril. Bodi to tokovni vir, ki bo imel med zaporednima trenutkoma t1 in t2 skozi svoja priključka tok stalne jakosti I.[1] V tem času bo vir kondenzator enakomerno elektril in plošči naelektril z nabojema ±Q = ±(t2 - t1)I (slika 1).


Slika 1.
Kondenzator v procesu polnjenja in v procesu praznenja.

Razdelimo čas med t1 in t2 na n krajših intervalov! V vsakem od njih bo od spodnje skozi tokovni vir do zgornje plošče stekel vedno enak naboj Q / n. Na koncu prvega (na začetku drugega) intervala bosta na ploščah naboja ±Q / n, napetost med ploščama pa bo dosegla vrednost Q / Cn. Ob začetku k-tega intervala bosta na ploščah že naboja ±(k - 1)Q / n, napetost pa bo imela vrednost (k - 1)Q / Cn. Na koncu tega intervala bosta na ploščah naboja ± kQ / n in napetost med njima pa bo dosegla vrednost kQ / Cn. V tem intervalu mora vir za prenos naboja Q / n premagovati električno silo tistih nabojev, ki so že na ploščah; opraviti mora delo, ki ustreza zmnožku naboja in srednje vrednosti napetosti med ploščama kondenzatorja v tem intervalu:

 

Celotno delo Ag tokovnega generatorja v času od t1 in t2 bo ovrednotila vsota prejšnjih del (ko teče k od vrednosti 1 do n):

 

V števcu je n lihih zaporednih števil. Vsota prvega in zadnjega je enaka 2n, vsota drugega in predzadnjega spet toliko in tako naprej. Takih parov je n / 2, zato je vsota v števcu enaka kar vrednosti imenovalca; to dá preprost rezultat:

 

Če bi na naelektren kondenzator nato priključili porabnik, bi se odvrtel ravno obraten proces: elektroni bi iz negativne plošče odtekali skozi breme k drugi plošči in se rekombinirali s presežkom protonov (kondenzator bi se praznil). Ob vsaki razelektritvi za naboj Q / n bi se temu ustrezno zmanjšala napetost in električna sila bi vsakokrat opravila določeno delo. Delna dela električne sile bi bila enaka kot pri elektrenju, le v obratnem vrstem redu; celotno delo električne sile Ae bi bilo enako prejšnjemu delu generatorja, Ae = Ag. In kaj to pomeni? To, kar je kondenzator ob polnjenju od vira sprejel, je ob praznjenju tudi oddal. Kaj je sklep razmišljanja? V času elektrenja je vir opravljal delo, hkrati s tem pa je kondenzator sprejemal in shranjeval električno energijo We, ki je po končanem procesu elektritve dosegla vrednost

Pomenljiva je zgradba izrazov, še posebno zadnjega, CU2 / 2; ta spominja na kinetično energijo telesa v gibanju, mv2 / 2, ali na prožnostno energijo napete vzmeti, kx2 / 2. Oba mehanska sistema imata to lastnost, da zmoreta energijo sprejeti in jo v nadaljevanju tudi oddati. Takšnim sistemom se tu pridružuje še kondenzator. Kondenzator je potemtakem akumulabilni električni element; ko energijo sprejema, je v porabniškem režimu, ko pa jo oddaja, ima vlogo vira in je torej v generatorskem režimu.

 

Zgled 1. Med ploščama kondenzatorja kapacitivnosti en mikrofarad je napetost en volt. Þ Kondenzator hrani torej energijo pol mikrojoula. Kapacitivnost nekaj milifaradov in tudi napetost en kilovolt nista pretirani; tak kondenzator bi hranil energijo petsto joulov. Koliko električne energije bo šele hranila visokonapetostna mreža daljnovodov? Mnogo, mnogo več.


 

[1] Polnjenje kondenzatorja smo si zamislili s tokom stalne jakosti, ni pa to nujno. Pri elektrenju sta pomembni le začetna in končna množina naboja na ploščah, ne pa časovna oblika toka. To sporoča končno tudi vsakokratno delo vira za premik naboja Q / n.