充電電容器的能量，電容器的使用

金屬是優良的電導體。它們導電是因為它們具有不帶電荷的自由電子載體。如果在恆定的 EMF 源的幫助下在銅線的末端產生電勢差，那麼在這樣的電線中就會產生電流 - 電子將從 EMF 的負極端子向前移動源 - 到它的正極端子。

相反，電介質不是電流的導體，因為其中沒有電荷的自由載流子。電介質中的正負電荷載流子相互連接形成所謂的電偶極子，在外電場中只能旋轉，不能在電場作用下平移。

更多關於這個： 金屬和電介質之間的差異， 和 為什麼電介質不導電

以 PVC 管形式的電介質為例（聚氯乙烯是電介質）。用保鮮膜覆蓋管子的外表面，然後簡單地在裡麵包上更多皺巴巴的箔紙，這樣它就可以接觸到管子的內壁。

如果我們現在採用 EMF 源，比如說 電池 24 伏並將其與負極連接到內部箔片，正極連接到外部箔片，然後箔片的兩個部分將接收來自電池的不同符號的電荷，並且從外部到內部的電場將作用於 PVC 管壁的整個體積。

因此，在這個電場中，介電分子 (PVC) 會根據外部電場轉動、定向—— 電介質被極化 這樣它的組成分子將它們的負極向外 - 分別轉向正極（到連接到電池正極的箔），它們的正極 - 向內，轉向負極。讓我們取出電池。

正電荷保留在外箔上，因為它仍然被 PVC 分子的帶負電荷的一面保持在朝外的位置，而負電荷留在內部，因為它被電介質分子的正極所保持，已經轉向向內。一切都完全按照靜電定律發生。

如果您現在用鉗子閉合箔片的外部和內部部分，那麼在閉合的那一刻您會注意到一個小火花：來自板的相反電荷相互吸引並導致電流通過電線（鉗子）和電介質恢復到原來的中立狀態。

可以肯定地說，在這個由介電管和兩個箔板組成的裝置中，當電池連接到它時，會積累 電能.

具有類似配置的設備被稱為——封閉在彼此隔離的導電板之間的電介質 電容器.

挺有趣的：電容器和電池 - 有什麼區別？

歷史上，第一個原型電容器萊頓銀行於 1745 年由德國物理學家 Ewald Jürgen von Kleist 在萊頓發明，並由荷蘭物理學家 Peter van Muschenbrück 獨立發明。

帶電電容器的能量取決於它所充電的電壓（極板之間的電勢差），因為我們談論的是彼此分開的極板上相反電荷的勢能。

因此，該能量等於這些電荷相互吸引時電場所做的功（或者在電容器充電期間當它們分開時源所做的功）。將電荷的基本部分從一個極板移動到另一個極板的基本功等於：

不同配置的電容器，當充入相同數量的電荷時，極板之間將經歷不同的電勢差。也可以說，對於不同的電容器，施加在極板上的不同電壓將導致數量不同的電荷。

實際上，這意味著每個電容器都有一個特定的常數值，這是表徵該特定電容器的特性，與其配置、板的形狀、電介質的介電常數等有關。這個參數叫做 電容量 C. 電容器 q 上的電荷與其極板 U 之間的電位差相關，如下所示：

因此，充電電容器的總能量表達式，一旦積分，就可以寫成如下：

今天，電容器用於科學技術的各個領域：作為電能存儲設備，作為平滑電源波的濾波器，在電子設備的控制 RC 電路中，在無功功率補償設備中，在感應裝置和無線電設備中作為一部分振盪電路、強大的脈衝發生器、電磁加速器、空氣濕度計等。

有關更多詳細信息，請參見此處：為什麼在電路中使用電容器？