4. Condensatoren

In het algemeen is er elektrostatische energie in een configuratie van elektrische ladingen. Dit principe wordt gebruikt in condensatoren (Engels: capacitors), die elektrische lading kunnen opslaan en dus ook energie. Er zijn veel toepassingen in de elektronica, die in de komende hoofdstukken verder worden uitgewerkt. In dit hoofdstuk onderzoeken we vooral de lading en energie die er in condensatoren worden opgeslagen.

4.1. Elektrostatische energie en condensatoren

Een configuratie van ladingen in de ruimte heeft een zekere elektrostatische energie. Een duidelijke configuratie is te maken met een platte plaatcondensator. Hierbij kan je een capaciteit definiëren, dat wil zeggen de hoeveelheid lading per aangelegde potentiaal. We berekenen hoeveel energie er in een opgeladen condensator wordt opgeslagen.

Op dezelfde manier kun je chemische reacties zo natuurkundig beschouwen als herrangschikking van elektrische ladingen.

Een condensator kan ook andere geometriën hebben, bijvoorbeeld een cilinder. Aan de hand van de definitie van de capaciteit is deze uit te rekenen.

4.2. Diëlektricum

Door een diëlektricum in een condensator te plaatsen, kan je de capaciteit flink verhogen. Dipolen in het diëlektricum werken het elektrisch veld tegen, zodat je bij een zekere lading een veel lagere potentiaal hebt.

4.3. Schakelingen

Condensatoren kan je in serie of parallel schakelen, zodat je effectief een condensator krijgt met een andere capaciteit. De vervangingswaarde van de capaciteit van een schakeling kan je goed uitrekenen als je de natuurkunde erachter begrijpt.

Met deze duidelijke physlet kan je een goed fysisch beeld krijgen van de effecten van oppervlakte en afstand op de capaciteit van een condensator. Ook kan je het effect van een diëlektricum zichtbaar maken. Er zijn ook meerdere schakelingen in verwerkt.

4.4. Energie van een elektrisch veld

In een condensator is energie opgeslagen en er is een elektrisch veld. Voor een platte plaat-condensator kan je zo de energiedichtheid van het elektrische veld uitrekenen. Deze relatie is veel algemener toepasbaar.