Energia pola elektrycznego

Mówiąc o tym, jaka jest energia pola elektrycznego, nie można nie zauważyć, że jest to jego najważniejszy parametr. Pomimo tego, że sam termin "energia" jest dość znajomy i na pierwszy rzut oka jest oczywisty, należy w tym przypadku dobrze zrozumieć, co się mówi. Na przykład, jak wiadomo, energia pola elektrycznego może być mierzona na dowolnym dowolnym poziomie, biorąc pod uwagę warunkowo jako pochodzenie (czyli zero). Choć daje to pewną elastyczność w przygotowywaniu obliczeń, błąd może prowadzić do obliczeń zupełnie innej energii. W tym punkcie wyjaśnimy trochę później, używając wzoru.

Energia pola elektrycznego jest bezpośrednio związana z interakcją dwóch lub więcej ładunków punktowych. Rozważmy przykład z dwoma opłatami – q1 i q2. Potencjalna energia pola elektrycznego (w tym przypadku – elektrostatyczna) jest zdefiniowana jako:

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

Gdzie E0 jest siłą, r jest odległością między ładunkami, pi wynosi 3,141.

Ponieważ dziedzina dawnej działa na drugim (i vice versa), określamy potencjał tych pól. Pierwsze obciążenie wpływa na drugą:

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

W tej formule (oznaczamy ją 1) są dwie nowe ilości – Fi1 i Fi2. Obliczmy je.

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

W związku z tym:

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

Teraz pierwszy ważny punkt: wzór "1" zawiera dwa terminy (q * Fi), faktycznie reprezentujący energię oddziaływania ładunku i współczynnik 0.5. Jednak energia pola elektrycznego nie jest częścią żadnej opłaty, dlatego też uwzględnij tę cechę, musisz wprowadzić poprawkę "0.5".

Jak już wskazano, interakcja ma kilka opłat na siebie nawzajem (niekoniecznie tylko dwa). W tym przypadku gęstość energii pola elektrycznego jest wyższa. Jego wartość można znaleźć przez zsumowanie danych uzyskanych dla każdej pary.

Wróćmy teraz do problemu wyboru pochodzenia, o którym mowa na początku artykułu. Z wytworów wynika, że jeśli obliczenia są przeprowadzane w odniesieniu do punktów arbitralnych, odległość od ładunków ma tendencję do nieskończoności, wynik będzie wartością prac wykonywanych przez pole, przenosząc opłaty od siebie do nieskończonej odległości. Jeśli chcesz poznać wartość pracy w polu, wydając na względnie niewielki ruch opłat, można wybrać punkt odniesienia, ponieważ wartość uzyskana w wyniku obliczeń nie zależy od wyboru punktu odniesienia.

Dajmy przykład tego, jak można to wykorzystać w praktycznych obliczeniach. Na przykład są trzy opłaty, których przestrzenną konfiguracją jest trójkąt. Odległości (r) między q1, q2 i q3 są takie same.

Oblicz potencjał:

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

Teraz możemy określić energię interakcji samych opłat:

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

Właśnie to jest praca, która będzie wykonywana przy przenoszeniu się do nieskończonej odległości.

Jeśli przemieszczenie wszystkich trzech odbywa się ze wspólnego środka w tej samej ilości, wówczas tworzony jest trójkąt z bokami r1 (względem poprzedniego r).

Określamy energię:

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

W tym przypadku możemy mówić o spadku całkowitej energii całego systemu trzech opłat. Warto zauważyć, że jeśli r1 (r) zmierza do nieskończoności, wówczas pierwotna energia i wytwarzana praca stają się równe.

Skomplikujemy problem i usuwamy z systemu jeden arbitralny ładunek. W rezultacie otrzymujemy klasyczny przypadek z dwoma ładunkami zlokalizowanymi w odległości r.

Energia takiego systemu jest następująca:

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

A samo pole wykona prace nad ruchem, liczbowo równe:

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

Dalej wszystko jest proste: usunięcie jednego dodatkowego ładunku spowoduje, że całkowita energia zeruje się na zero (nie ma odległości). W tym przypadku praca i pole są wyrównywane liczbowo. Innymi słowy, oryginalna energia jest całkowicie przekształcona w pracę.

Obliczenia związane z określaniem energii dla pola elektrycznego są zwykle stosowane do wyboru kondensatorów. Wszakże każde takie urządzenie jest dwiema płytami oddzielonymi odległością r, przy czym każda z nich ładuje się.