
【電】 energy stored in condenser
capacitor
【化】 capacitor; condenser
【醫】 capacitor; condenser
be hit by; fit exactly; hit; suffer
【計】 medium
【化】 meso-
【醫】 coup; stroke
accumulate; amass; long-standing; product; store up
【醫】 product
lay aside; store
【化】 electric energy
電容器中積貯的電能指的是存儲在電容器兩極闆間電場中的能量。當電容器充電時,電荷在電場力作用下從電源轉移至極闆,形成靜電場。該能量本質上由電場持有,其數值可通過以下公式計算:
$$W = frac{1}{2} C V = frac{1}{2} Q V = frac{Q}{2C}$$ 其中:
物理機制與特性
能量存儲原理
充電過程中,電源克服電場力做功,将電荷從一極闆遷移至另一極闆。電荷積累形成的靜電場儲存能量,該能量在放電時通過電場力對電荷做功釋放,轉化為其他形式能量(如光、熱、機械能)。
能量密度與材料關系
儲能密度取決于介電材料的性質。高介電常數((kappa))材料可提升單位體積儲能能力,而高擊穿場強材料則允許更高工作電壓,從而顯著增加最大儲能值。例如,陶瓷電容器因介電常數高而適用于小型化設計,超級電容器則通過多孔電極增大有效面積實現高儲能密度。
工程應用特性
權威參考來源
電容器中積貯的電能,是指電容器在充電過程中存儲的電場能量。其核心原理和計算公式如下:
物理意義
當電容器兩極闆間存在電壓時,電荷會聚集在極闆上形成電場。電場儲存的能量來源于充電時電源對電荷做功的過程。這一能量可在放電時釋放,為電路提供瞬時電流。
計算公式
電能大小由電容值((C))和電壓((V))共同決定,公式為:
$$
W = frac{1}{2} C V
$$
其中:
公式推導
充電過程中,電荷量 (Q = CV) 逐漸積累,電壓從0線性增長至(V)。電源做功的積分計算為:
$$
W = int_0^Q V , dq = int_0^V Cv , dv = frac{1}{2} C V
$$
實際應用要點
示例:一個1000μF電容充電至12V時,儲能為 (0.5 times 0.001,F times 12 = 0.072,J)。雖然單次能量較小,但高頻充放電能力使其在電路中發揮關鍵作用。
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