1.4.4. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В НЕСЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СРЕДЕ
Энергия электрического
поля, создаваемого какой-либо системой заряженных тел (проводников,
диэлектриков), изменяется, если тела системы перемещаются (то есть меняется
взаимное положение тел), или, если изменяются их заряды. При этом совершают
работу внешние силы, приложенные к телам системы, и источники электрической
энергии (батареи, генераторы, и тому подобные), присоединенные к проводникам
системы.
Закон сохранения энергии для малого изменения состояния системы при постоянной температуре и постоянной плотности среды имеет вид:
.
Здесь: - работа внешних
сил;
- работа источников электрической
энергии;
- изменение энергии
электростатического поля системы;
- изменение
кинетической энергии системы;
- теплота Джоуля
- Ленца, которая вызвана прохождением электрических токов в системе при
изменении или перераспределении зарядов проводников.
Если перемещение тел производится
квазистатически, то есть очень медленно, то можно пренебречь изменением
кинетической энергии системы, , и считать работу
внешних сил
численно равной и противоположной по
знаку работе
, совершаемой в рассматриваемом
процессе силами, которые действуют на тела системы в электрическом поле и
называются пондемоторными силами. В этом случае закон сохранения энергии можно
записать в виде:
.
Работа источников электрической энергии за малый
промежуток времени равна:
,
где - общее число
источников электрической энергии в рассматриваемой системе;
- ЭДС
-того источника,
- заряд, проходящий через этот
источник за время
,
-
ток в источнике, работа
, если ток
идет от катода к аноду.
Если заряд каждого проводника не изменяется и не
перераспределяется , то выражение закона
сохранения энергии для квазистатического изменения состояния системы имеет вид:
,
то есть в этом процессе работа пондемоторных сил равна убыли энергии электрического поля системы. С помощью этого выражения можно рассчитывать работу пондемоторных сил.
Пример. Найдем силы, действующие на пластины
заряженного плоского конденсатора. Расстояние между пластинами , где
-
площадь пластины.
Конденсатор заряжен и отключен от источника питания, так
что заряд конденсатора ,
- поверхностная плотность заряда.
При увеличении расстояния сила
, приложенная к
перемещаемой пластине, совершает работу
.
Изменение энергии электростатического поля в конденсаторе
, где
-
объемная плотность энергии в прилегающем к пластине слое толщиной
. Таким образом, из закона сохранения
энергии следует, что пондемоторная сила равна
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.