Energia câmpului electric

Vorbind despre energia unui câmp electric, nu putem să nu arătăm că acesta este parametrul său cel mai important. În ciuda faptului că însăși termenul "energie" este destul de familiar și, la prima vedere, este evident, în acest caz este necesar să se înțeleagă bine ce se spune. De exemplu, după cum se știe, energia câmpului electric poate fi măsurată de la orice nivel arbitrar al acestuia, considerat condiționat ca origine (adică zero). Deși acest lucru oferă o anumită flexibilitate în pregătirea calculelor, o eroare poate duce la calculele unei energii complet diferite. Acest punct vom clarifica puțin 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. Energia potențială a câmpului electric (în acest caz - electrostatică) este definită ca:

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

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

Deoarece câmpul celor dintâi acționează asupra celui de-al doilea (și invers), determinăm potențialul acestor câmpuri. Prima încărcare 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 efectiv energia interacțiunii de încărcare și coeficientul 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 între ele (nu neapărat doar 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 formule rezultă că în cazul în care calculele se efectuează cu privire la punctele arbitrare, distanța de la sarcini tinde spre infinit, rezultatul va fi valoarea muncii realizate de câmp, încărcând unul de celălalt la o distanță infinită. Dar dacă doriți să cunoașteți valoarea muncii pe teren, petrecută pentru o mișcare relativ mică a sarcinilor, atunci punctul de referință poate fi ales fie, deoarece valoarea obținută ca rezultat al calculelor nu depinde 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 menționat faptul că dacă r1 (r) tinde spre infinit, atunci energia originală și lucrarea produsă devin 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 duce la faptul că energia totală devine egală cu zero (nu există distanța). 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 selecției condensatoarelor. La urma urmelor, fiecare astfel de dispozitiv este două plăci separate printr-o distanță r, pe fiecare dintre care se concentrează încărcătura.