Энергия электрического поля

Уместно поставить вопрос о локализации собственной энергии проводника и конденсатора. Где пространственно сосредоточена эта энергия, на зарядах или в окружающем проводник электрическом поле? Решить этот вопрос электростатическими опытами невозможно, т.к. электростатическое поле неотделимо от создающих его зарядов. Изучение же переменных электрических полей, которые может существовать и в отрыве от зарядов, позволяет заполучить, что носителем энергии является поле. Преобразовать выражение для энергии конденсатора так, чтобы вошли характеристики поля напряженности ил индукции.

Сделаем это на примере плоского конденсатора. Энергия напряженного плоского конденсатора емкость С равна:

,

Где ∆φ- разность потенциалов между обкладками конденсатора. Емкость плоского конденсатора равна:

,

Где S-площадь одной обкладки, τ0 – расстояние между обкладками. Поле плоского конденсатора однородно. Поэтому:

|∆φ|=E τ0,

Где Е- модуль напряженности поля.

Подставив выражение для С и |∆φ| в выражение для W, получим:

,

Где V=S τ0- объем, занимаемый полем конденсатора. Пространственное распределение энергии характеризуется плотностью энергии ω- энергией поля, заключенной единице объема. Если энергия распределена равномерно, то плотность энергии вычисляется по формуле:

,

а если равномерно, то по формуле:

,

Тогда для поля плоского конденсатора получим:

,

Полученное соотношение справедливо для любого поля. Принимая во внимание, сто в изотропном диэлектрике

D=Е,

Плотность энергии можно выразить так:

Дата добавления: 2013-12-14