Kondensator - napięcie, prąd i energia

Wyprowadzenie wzorów na chwilowe wartości napięcia, prądu i energii kondensatora o pojemności C. Pojemność kondensatora jest uznawana jako parametr stały, niezależny od czasu t.

Prąd kondensatora

Prąd chwilowy kondensatora

£adunek elektryczny zgromadzony w kondensatorze równy jest iloczynowi pojemności elektrycznej i napięcia między okładkami kondensatora. Zmiana napięciaΔu powoduje zmianę ładunku Δq;. Jeżeli te zmiany odbywają się w odcinku czasowym Δt wówczas można zapisać równanie. Przechodząc do granicy Δt→0 otrzymuje się równanie. Prąd chwilowy kondensatora jest więc równy iloczynowi pojemności i pochodnej z napięcia kondensatora po czasie.

Napięcie kondensatora

Napięcie chwilowe kondensatora

Napięcie chwilowe kondensatora wyznaczane jest z równania na prąd chwilowy kondensatora. W wyniku odpowiedniego przekształcenia wspomnianego równania powstaje równanie różniczkowe o zmiennych rozdzielonych, gdzie jedną zmienną jest napięcie kondensatora a drugą prąd kondensatora.

Energia kondensatora

Energia zgromadzona w kondensatorze

Kondensator posiada zdolność do gromadzenia energii w polu elektrycznym. Wzór na energię kondensatora wyprowadzany z ogólnego wzoru na energię/pracę. Praca jest całką z mocy chwilowej p w czasie t → W=∫p·dt, uwzględniając fakt iż moc chwilowa jest iloczynem napięcia chwilowego i prądu chwilowego → p=u·i oraz biorąc pod uwagę wzory wyprowadzone wcześniej, w rezultacie otrzymuje się wzór na energię zgromadzoną w kondensatorze. Należy zwrócić uwagę na fakt że energia zgromadzona w kondensatorze jest proporcjonalna w napięcia w potędze drugiej.