Energie elektrického pole

Když mluvíme o tom, co je energie elektrického pole, nemůžeme vyvrátit, že je to jeho nejdůležitější parametr. Navzdory skutečnosti, že samotný termín "energie" je docela dobře znám a na první pohled je to zřejmé, v tomto případě je třeba dobře pochopit, co je v sázce. Například, jak je známo, může být energii elektrického pole měřena z jakéhokoli jeho libovolného stupně, běžně považovaného za původ (tj. Nula). Ačkoli to dává určitou flexibilitu při přípravě výpočtů, chyba může vést k výpočtu zcela jiné energie. Tento bod objasníme o něco později pomocí vzorce.

Energie elektrického pole přímo souvisí s interakcí dvou nebo více bodových nábojů. Zvažte příklad se dvěma náboji - q1 a q2. Potenciální energie elektrické pole (v tomto případě elektrostatická) je definováno jako:

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

kde E0 je síla, r je vzdálenost mezi náboji, Pi je 3.141.

Protože pole prvního působí na druhém (a naopak), určujeme potenciál těchto polí. První poplatek se týká druhého:

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

V tomto vzorci (označujeme jej 1) existují dvě nová množství - Fi1 a Fi2. Počkejte je.

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

Podle toho:

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

Teprve první důležitý bod: vzorec "1" obsahuje dva výrazy (q * Fi), které skutečně reprezentují interakční energii nábojů a činitel 0,5. Energie elektrického pole však není součástí jakéhokoli náboje, proto k tomu, abyste tuto funkci vzali v potaz, musíte zadat opravu "0.5".

Jak již bylo uvedeno, interakce má několik navzájem nabitých (ne nutně přesně dva). V tomto případě je hustota energie elektrického pole vyšší. Jeho hodnota lze nalézt součtem údajů získaných pro každý pár.

Nyní se vraťme k problému volby původu uvedeného na začátku článku. Tak, ze vzorců, to znamená, že v případě, že výpočet se provádí v souvislosti s libovolnými body, je vzdálenost od poplatků, které tendenci růst do nekonečna, výsledkem je hodnota práce, který učinil pole, různé náboje od sebe v nekonečné vzdálenosti. Ale v případě, že je nutné znát hodnotu terénní práce vynaložené na relativně malém pohybu poplatků samotných, může být referenční bod vybrán jeden, neboť výpočet výsledná hodnota je nezávislá na volbě referenčního bodu.

Uveďme příklad toho, jak to lze využít při praktických výpočtech. Například existují tři náboje, jejichž prostorová konfigurace je trojúhelník. Vzdálenosti (r) mezi q1, q2 a q3 jsou stejné.

Vypočítejte potenciál:

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

Nyní můžeme určit interakční energii samotných nábojů:

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

To je přesně práce, která bude provedena při pohybu do nekonečné vzdálenosti.

Pokud se vysunutí všech tří vyskytuje ze společného středu o stejné množství, vytvoří se trojúhelník se stranami r1 (proti předchozímu r).

Definujeme energii:

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

V tomto případě můžeme hovořit o poklesu celkové energie celého systému tří nábojů. Stojí za zmínku, že pokud r1 (r) má tendenci k nekonečnu, pak původní energie a vyrobená práce jsou stejné.

Zkomplikujeme problém a odstraníme ze systému jeden libovolný náboj. V důsledku toho získáme klasický případ se dvěma náboji umístěnými ve vzdálenosti r.

Energie takového systému je:

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

A samotné pole provede práci na pohybu, číselně se rovná:

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

Dále je vše jednoduché: odstranění dalšího náboje vede k tomu, že celková energie se stane nulou (neexistuje žádná vzdálenost). V tomto případě je práce a pole číselně vyrovnány. Jinými slovy, původní energie je zcela transformována do práce.

Výpočty týkající se stanovení energie pro elektrické pole se obvykle používají při výběru kondenzátorů. Koneckonců, každé takové zařízení je dvě desky oddělená vzdáleností r, na které je koncentrace náboje.