КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Энергия электрического поля, плотность энергии
Для того чтобы зарядить конденсатор, т. е. создать некоторую разность потенциалов между двумя телами — обкладками конденсатора, нужно затратить некоторую работу. Это связано с тем, что процесс зарядки тела, как мы говорили в § 5, означает всегда разделение зарядов, т. е. создание на одном теле избытка зарядов одного знака, а на другом теле — другого знака. При этом приходится преодолевать силы притяжения друг к другу положительных и отрицательных зарядов, т. е. затрачивать работу. Когда конденсатор разряжается, т. е. ранее разделенные заряды воссоединяются, то такую же работу совершают электрические силы. Таким образом, заряженный конденсатор обладает запасом потенциальной энергии, равным той работе, которая была затрачена на его зарядку. Для наиболее простого случая плоского конденсатора (рис. 69) эту работу нетрудно вычислить. До тех пор, пока расстояние d между пластинами мало по сравнению с размерами пластин, напряженность поля E в плоском конденсаторе не зависит от расстояния d. Действительно, в плоском конденсаторе поле однородно и его напряженность E=U/d. Но разность потенциалов между пластинами конденсатора U=qlC, a емкость C=e0S/d (предполагаем, что между пластинами — вакуум, S — площадь пластин), Таким образом,
Сила, с которой притягиваются друг к другу две противоположно заряженные пластины конденсатора, зависит от заряда q на каждой из пластин и от напряженности поля Е. Так как при изменении d не изменяются ни q, ни Е, то неизменной остается и сила притяжения F. Поэтому работа, которую нужно затратить, чтобы раздвинуть пластины от нулевого расстояния между ними до расстояния d, равна A=Fd. Но раздвижение пластин означает зарядку конденсатора, у которого расстояние между пластинами равно d. Действительно, когда расстояние между пластинами равно нулю, т. е. пластины сложены вместе, то их заряды +q и —q образуют компенсированный двойной слой, и система не заряжена. Раньше (§ 7) мы уже подробно рассматривали появление электрических зарядов на двух телах как раздвижение двойного слоя электрических зарядов. Запас энергии W, которым обладает заряженный конденсатор, равен работе A=Fd, которая была затрачена на его зарядку: W=A. Чтобы вычислить эту работу, нам остается только определить силу F. Для этого воспользуемся напряженностью поля Е в конденсаторе. Можно рассматривать Е как результирующую двух равных напряженностей Е1 и Е2, из которых одна обусловлена положительным зарядом +q на одной пластине (на верхней пластине), а другая — отрицательным зарядом —q на другой (нижней) пластине (рис. 69). Ясно, что обе эти напряженности направлены в одну и ту же сторону, так что E=E1+E2. Так как Е1=Е2 (потому что обе пластины конденсатора и их заряды симметричны), то Е1=Е2=Е/2. Сила взаимодействия между пластинами F — это сила, с которой поле напряженности Е1, вызванное зарядом +q на верхней пластине, действует на заряд —q нижней пластины и тянет его вверх. Но, с другой стороны, F равно силе, с которой поле напряженности Е2, вызванное зарядом —q на нижней пластине, действует на заряд +q верхней пластины и тянет ее книзу. Таким образом,
Дата добавления: 2015-04-24; Просмотров: 876; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |