Енергія електричного поля

Робота електричного поля при переміщенні заряду

Поняття роботи електричного поля при переміщенні заряду вводиться в повній відповідності з визначенням механічної роботи:

де — різниця потенціалів (також уживається термін напруга)

У багатьох завданнях розглядається безперервне перенесення заряду протягом деякого часу між точками із заданою різницею потенціалів , у такому разі формулу для роботи слід переписати таким чином:

де — сила струму

Потужність електричного струму в колі

Потужність електричного струму для ділянки кола визначається звичайним способом, як похідна від роботи за часом, тобто виразом:

— це найзагальніший вираз для потужності в електричному колі.

З врахуванням закону Ома:

Електричну потужність, що виділяється на опорі можна виразити як через струм: ,

так і через напругу:

Відповідно, робота (виділена теплота) є інтегралом потужності за часом:

[ред.]Енергія електричного і магнітного полів

Для електричного і магнітного полів їх енергія пропорційна квадрату напруженості поля. Слід зазначити, що, строго кажучи, термін енергія електромагнітного поля є не цілком коректним. Обчислення повної енергії електричного поля навіть одного електрона приводить до значення рівного нескінченності, оскільки відповідний інтеграл (див. нижче) розходиться. Нескінченна енергія поля цілком скінченного електрона складає одну з теоретичних проблем класичної електродинаміки. Замість нього у фізиці зазвичай використовують поняття густини енергії електромагнітного поля (у певній точці простору). Загальна енергія поля дорівнює інтегралу густини енергії по всьому простору.

Густина енергії електромагнітного поля є сумою густин енергій електричного і магнітного полів.

У системі СІ для вакууму:

де E — напруженість електричного поля, H — напруженість магнітного поля, — електрична стала, і — магнітна стала. яп.

Потоки енергії електромагнітного поля

Для електромагнітної хвилі густина потоку енергії визначається вектором Пойнтінга (вектором Умова) S.

В системі СІ вектор Пойнтінга дорівнює:

,

— векторному добутку напруженостей електричного і магнітного полів, і направлений перпендикулярно до векторів E і H. Це природним чином узгоджується з властивістю поперечності електромагнітних хвиль.

Разом з тим, формула для густини потоку енергії може бути узагальнена для випадку стаціонарних електричних і магнітних полів, і має абсолютно той же вигляд:

.

Сам факт існування потоків енергії в постійних електричних і магнітних полях, на перший погляд, виглядає дуже дивним, але це не приводить до будь-яких парадоксів; більш того, такі потоки можуть бути виявлені експериментально.

Дата добавления: 2014-01-05