Capacitor Energy and Voltage

00:01 Da wir nun wissen, was ein Parallelplattenkondensator ist und wie man mit Kondensatoren umgeht und wie man sie in Reihe und parallel zusammenfügt, sprechen wir nun über die im Kondensator gespeicherte Energie und die Spannung.

00:10 Bei einem gegebenen Kondensator hat jede Platte eine andere Ladung und wie Sie sich vorstellen können, haben wir ein elektrisches Feld zwischen diesen beiden Platten. Dies besteht auf der Grundlage der Definition, die wir für das elektrische Feld hatten.

00:22 Wenn unsere 2 Kondensatoren einen Abstand d zueinander haben und sie durch eine Batterie mit einer Spannung V verbunden sind, können wir den Wert dieses elektrischen Feldes zwischen den 2 Kondensatoren einfach als, die an den Kondensatoren anliegende Spannung geteilt durch die Entfernung zwischen ihnen, ermitteln.

00:38 Vergessen Sie nicht, dass eine Ladung unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes steht, wenn wir also eine kleine positive Ladung einführen, wie wir es hier getan haben, wird es zunächst einmal, wie wir durch die Definition des elektrischen Feldes gesagt haben, den Linien des elektrischen Feldes folgen und in diesem Fall nach oben gedrückt werden.

00:53 Und die Kraft, die auf diese Ladung wirkt, ist gleich dem Wert q dieser Ladung mal dem elektrischen Feld. Vergessen Sie auch nicht, dass wir das zweite Newtonsche Gesetz haben, dass F gleich ma ist.

01:05 Um einen Kondensator aufzuladen, wird eine Ladung hinzugefügt, wir haben dabei eine negative Ladung nach oben und in diesem Fall haben wir unten eine positive Ladung.

01:15 Wenn ich meinen Akku auf diese Weise weiter aufladen möchte, sind wir gezwungen, mehr positive Ladung auf die Bodenplatte zu bringen.

01:23 Wir zwingen der oberen Platte also mehr negative Ladung auf.

01:26 Aber da die Unterseite bereits positiv und die Oberseite bereits negativ ist, ist der Versuch, ähnliche Ladungen auf diese Platten zu zwingen, ein Prozess, der Energie erfordert, denn auch hier stoßen sich gleiche Ladungen ab, sodass der Prozess der Anbringung dieser zusätzlichen Ladungen auf diesen Platten Energie benötigt, um diese zusätzliche Ladung hinzuzufügen.

01:43 Das bedeutet, dass in unserem Kondensator Energie gespeichert ist, wenn wir diese Energie zurückkommen und freigesetzt werden lassen.

01:50 Diese im Kondensator gespeicherte Energie hat also einen Wert von 1/2 mal die Ladung, die im Kondensator gespeichert ist, mal der Spannung, die an den Kondensator angelegt wird.

02:00 Was wir tun können, ist, wie gesagt, wenn wir diese gespeicherte Ladung auf dem Kondensator haben, zum Beispiel eine Batterie, könnten wir dann unseren Kondensator an ein Objekt anschließen, das Elektrizität aufnehmen und nutzen kann.

02:13 Und diese Energie würde an die Elektronen auf der Oberseite des Kondensators abgegeben werden, die Elektronen werden sich gegenseitig abstoßen, und sie werden gezwungen, durch den Stromkreis zu fließen und vielleicht eine Glühbirne zum Leuchten zu bringen.

02:23 Dies wird zum Beispiel in den Blitzgeräten von Kameras verwendet.

02:27 Wir haben einen Kondensator, der aufgeladen ist und wenn Sie den Knopf drücken, um den Blitz in die Kamera zu bekommen, ist der Kondensator, wie wir sagen, entladen.

02:36 Die gesamte im Kondensator gespeicherte Energie wird sehr, sehr schnell freigesetzt und überträgt sich auf ein Objekt wie diese Glühbirne hier.

02:42 Sie leuchtet sehr kurz auf, während sich der Kondensator entlädt, denn der Spannungsunterschied zwischen den Platten ändert sich und damit wird der Kondensator entladen. Anstelle der typischen Gleichung für die Energie, die man bei einem elektrischen Feld, das wir gesehen haben, sehen würde, ist Q mal e für die Energie einer Ladung, die in ein elektrisches Feld eintritt oder Q mal die Spannungsdifferenz.

03:11 Es wird nur die Hälfte des Wertes sein und der Grund dafür, dass es sich um eine Art Durchschnitt handelt.

03:13 Mit anderen Worten, wenn diese Ladungen die Platte verlassen, wird der Energieunterschied zwischen den beiden Platten immer geringer, weil wiederum Ladungen die Platte verlassen, so dass wir den Gesamtwert für die Energie mitteln müssen, der mit Hilfe unserer Gleichung für die Spannung Q mal V wäre und stattdessen die Hälfte dieses Wertes beträgt.

03:31 Die im Kondensator gespeicherte Energie ist also nur noch 1/2 der Ladung und der Kondensator mal der Spannung, die an den Kondensator angelegt wird.