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.
V tem času bo vir kondenzator enakomerno elektril in plošči
naelektril z nabojema ±Q
=
±(t2
- t1)I
(slika 1).
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.
|