Energia câmpului electric

Vorbind despre care, ce este energia câmp electric, nu putem să nu arătăm că acesta este parametrul său cel mai important. În ciuda faptului că termenul de "energie" este destul de familiar și, la prima vedere, este evident că în acest caz este necesar să înțelegem bine ce este în joc. De exemplu, după cum se știe, energia unui câmp electric poate fi măsurată de la orice nivel arbitrar al acestuia, convențional luată ca origine (adică zero). Deși acest lucru oferă o anumită flexibilitate în pregătirea calculelor, o eroare poate duce la calculele unei energii complet diferite. Vom clarifica acest punct mai târziu, folosind formula.

Energia câmpului electric este direct legată de interacțiunea a două sau mai multe încărcări punctuale. Luați în considerare un exemplu cu două sarcini - q1 și q2. Energie potențială câmpul electric (în acest caz - electrostatică) este definit ca:

W = (1/4 * Pi * E0) / (q1 * q2 / r),

unde E0 este puterea, r este distanța dintre sarcini, Pi este 3.141.

Deoarece domeniul primelor acțiuni asupra celui de-al doilea (și invers), determinăm potențialul acestor câmpuri. Prima taxă afectează a doua:

W = 0,5 * (q1 * Fi1 + q2 * Fi2).

În această formulă (o indicăm cu 1) există două cantități noi - Fi1 și Fi2. Să le calculam.

Fi1 = (1/4 * Pi * E0) / (q2 / r).

În consecință:

Fi2 = (1/4 * Pi * E0) / (q1 / r).

Acum, primul punct important: formula "1" conține doi termeni (q * Fi), reprezentând de fapt energia de interacțiune a încărcărilor și un factor de 0,5. Cu toate acestea, energia câmpului electric nu face parte din nicio sarcină, prin urmare, pentru a ține cont de această caracteristică, trebuie să introduceți corecția "0.5".

După cum sa arătat deja, interacțiunea are mai multe sarcini unele pe altele (nu neapărat exact două). În acest caz, densitatea energetică a câmpului electric este mai mare. Valoarea sa poate fi găsită prin însumarea datelor obținute pentru fiecare pereche.

Acum, să ne întoarcem la problema alegerii originii la care se face referire la începutul articolului. Astfel, din formulele, rezultă că, în cazul în care calculul se realizează cu privire la punctele arbitrare, distanța dintre sarcinile care tinde la infinit, rezultatul este valoarea muncii, care a făcut domeniu, taxe diferite una față de alta la o distanță infinită. Dar, dacă este necesar să se cunoască valoarea muncii de teren consumat într-o mișcare relativ mică a taxelor ei înșiși, punctul de referință poate fi aleasă, fie, deoarece calculul valorii rezultată este independentă de alegerea punctului de referință.

Să dăm un exemplu despre modul în care acest lucru poate fi folosit în calcule practice. De exemplu, există trei sarcini, a căror configurație spațială este un triunghi. Distanțele (r) dintre q1, q2 și q3 sunt egale.

Calculați potențialul:

Fi = 2 * (q / 4 * Pi * E0 * r).

Acum putem determina energia de interacțiune a taxelor în sine:

W0 = 3 * ((q * q) / 4 * 3,141 * E0 * r).

Aceasta este exact lucrarea care se va face atunci când se trece la o distanță infinită.

Dacă deplasarea tuturor celor trei are loc din centrul comun cu aceeași cantitate, se formează un triunghi cu laturile r1 (față de precedentul r).

Definim energia:

W = 3 * ((q * q) / 4 * Pi * E0 * r1).

În acest caz, putem vorbi despre o scădere a energiei totale a întregului sistem de trei sarcini. Merită să observăm că dacă r1 (r) tinde spre infinit, atunci energia originală și lucrarea produsă sunt egale.

Ne complicăm problema și eliminăm din sistem o taxă arbitrară. Ca rezultat, obținem un caz clasic cu două sarcini situate la o distanță r.

Energia unui astfel de sistem este:

W = (q * q) / (4 * Pi * E0 * r).

Și câmpul însuși va efectua lucrarea asupra mișcării, numeric egal cu:

A = 2 * ((q * q) / 4 * Pi * E0 * r).

Totul este simplu: îndepărtarea unei alte încărcări va conduce la faptul că energia totală devine zero (nu există o distanță). În acest caz, munca și câmpul sunt egal numeric. Cu alte cuvinte, energia originală este complet transformată în muncă.

Calculele referitoare la determinarea energiei pentru un câmp electric sunt de obicei aplicate la selectarea condensatoarelor. La urma urmelor, fiecare astfel de dispozitiv este două plăci separate printr-o distanță r, pe fiecare dintre acestea încărcarea fiind concentrată.