1.4.1.ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО ПРОВОДНИКА
Будем считать среду, в которой находятся электрические заряды и заряженные тела, однородной и изотропной, не обладающей сегнетоэлектрическими свойствами.
Заряжая некоторый проводник, необходимо совершить определенную работу против кулоновских сил отталкивания между одноименными электрическими зарядами. Эта работа идет на увеличение электрической энергии заряженного проводника, которая в данном случае аналогична потенциальной энергии в механике.
Рассмотрим проводник, имеющий электроемкость , заряд
и
потенциал
. Работа, совершаемая против сил
электростатического поля при перенесении заряда
из
бесконечности на проводник равна
.
Для того, чтобы зарядить тело от нулевого потенциала
до потенциала , необходимо совершить
работу
.
Ясно, что энергия заряженного тела равна той работе, которую нужно совершить, чтобы зарядить это тело:
.
Энергию называют
собственной энергией заряженного тела. Ясно, что собственная энергия есть не
что иное, как энергия электростатического поля этого тела
.
1.4.2.ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА
Пусть потенциал обкладки конденсатора, на которой
находится заряд , равен
, а потенциал обкладки, на которой
находится заряд
,
.
Энергия такой системы зарядов равна:
, то есть
равна собственной энергии системы зарядов, где - напряжение между обкладками
конденсатора,
.
Рассмотрим плоский конденсатор. Энергия,
заключенная в единице объема электростатического поля называется объемной
плоскостью энергии. Эта объемная плоскость должна быть одинаковой во всех
точках однородного поля, а полная энергия поля пропорциональна его объему. Известно,
что ,
,
тогда для энергии имеем:
,
но - объем
электростатического поля между обкладками конденсатора, то есть
.
Тогда объемная плотность энергии однородного
электростатического поля конденсатора равна
,
то есть определяется его напряженностью или смещением. В случае неоднородных электрических полей
.
Найдем энергию сферического конденсатора. На
расстоянии от центра заряженного шара
напряженность его электростатического поля равна
.
Рассмотрим бесконечно тонкий шаровой слой, заключенный
между сферами радиусов и
.
Объем такого слоя:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.