Энергия электрического поля в чем измеряется
Перейти к содержимому

Энергия электрического поля в чем измеряется

  • автор:

Основные сведения об энергии электрического поля

Поле — это материальная среда, которая передает воздействие тел друг на друга, в том числе в вакууме.

Электрическое поле является одним из двух компонентов электромагнитного поля. Определение 2

Электрическое поле — это векторное поле, которое существует вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом.

Определение 3

Энергия электрического поля — это энергия проводника, обладающего зарядом. Она равна работе, затраченной, чтобы зарядить этот проводник.

Понятие энергии электрического поля связано с понятиями ее накопления и расходования. Поэтому должны быть рассмотрены и накопители этой энергии — электрические конденсаторы. Определение 4

Конденсатор — это двухполюсник с постоянным или переменным значением емкости и малой проводимостью; это устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Формула энергии электрического поля, единицы измерения величины

  • U — разность потенциалов (В);
  • q — заряд (Кл);
  • C — емкость конденсатора (Ф).

При переносе каждой порции внешние силы совершают работу, которая равна:

Энергия конденсатора W с емкостью C находится путем интегрирования выражения в пределах от 0 до q:

Измеряется энергия электрического поля в джоулях (Дж).

Электрическую энергию W нужно рассматривать как потенциальную энергию, запасенную в заряженном конденсаторе. Формулы для W аналогичны формулам для потенциальной энергии Eп деформированной пружины:

F=kx — внешняя сила.

k — коэффициент жесткости.

Формула энергии через применение напряженности:

Напряженность однородного электрического поля: E=U/d, где:

  • E — напряженность;
  • U — напряжение;
  • d — расстояние между обкладками конденсатора.

Емкость: C=ε0εS/d, где:

  • ε0 — электрическая постоянная;
  • ε — диэлектрическая проницаемость;
  • S — площадь пластин;
  • d — расстояние между пластинами.

Тогда энергия равна:

W=CU²/2=ε0εSE²d²/2d=ε0εE²V/2, где V=Sd — объем пространства между пластинами.

Сохранение энергии электрического поля

Закон сохранения энергии определяется в виде энергетического баланса при всевозможных изменениях в любой системе:

A внеш=ΔW+Q, где:

  • A внеш — работа, совершенная над системой внешними силами;
  • ΔW — изменение энергии системы;
  • Q — количество теплоты, выделяемое в системе.

Если А внеш > 0, то над системой совершают положительную работу, а если А внеш < 0, положительную работу совершает система.

Если ΔW > 0, то энергия системы увеличивается, а если ΔW < 0, энергия уменьшается.

Наконец, если Q > 0, то в системе выделяется тепло, а если Q < 0, тепло системой поглощается.

В чем измеряется энергия электрического поля ?

В тех же единицах, что и любая другая энергия:) В Джоулях в системе СИ.

убиваторрр (((Гуру (3162) 8 лет назад

нет это не то, посмотрите как по формуле W=(c*u^2)/2

таки да, в джоулях

убиваторрр (((Гуру (3162) 8 лет назад

А нет я виноват, спасибо )

А причём ёмкость к полю?
Это формула энергии конденсатора.
ЛЮБАЯ энергия измеряется Джоулями.

Похожие вопросы

Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

Энергия электрического поля

Электрическое поле — одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также возникающее при изменении магнитного поля.

Энергия электрического поля — энергия проводника, обладающего зарядом, которая равна работе, затраченной, чтобы зарядить этот проводник.

Физик Майкл Фарадей сделал следующие выводы об электрическом поле:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

  1. Каждый заряд формирует вокруг себя электрическое поле определенной мощности.
  2. Электрическое поле воздействует на другой заряд с определенной силой.

Электрическое поле обладает рядом свойств:

  • поле материально;
  • источником является заряд;
  • обнаружить поле можно, исходя из действия на заряд;
  • поле распределяется непрерывно в пространстве;
  • при удалении от заряда поле слабеет.

Тело, обладающее зарядом, действует на другие тела, притягивая и отталкивая их. По отношению к заряженному объекту другие тела поворачиваются и перемещаются. Для любого электрического поля характерен запас энергии. В случае исчезновения электрического поля его электроэнергия трансформируется обратно в работу.

Энергия заряженного конденсатора

Конденсатор — двухполюсник с постоянным или переменным значением емкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Емкость конденсатора измеряется в фарадах.

Компоненты конденсаторов в виде проводников обозначают обкладками. Наиболее простым примером конденсатора является совокупность двух плоских пластин. Данные элементы способны проводить электрический ток и расположены параллельно относительно друг друга. Пластины удалены на небольшое по сравнению с их габаритами расстояние и отделены диэлектрическим материалом.

В плоском конденсаторе можно наблюдать электрическое поле:

Электрическое поле

  1. Основное — в области между пластин.
  2. Слабое или поле рассеяния — около краев пластин и во внешней среде.

Опытным путем было доказано, что конденсатор, обладая электрическим полем, вмещает определенный запас энергии. Для ее расчета необходимо найти сумму работы внешних сил, необходимых для питания конденсатора. Такой процесс является последовательным переносом минимальных порций заряда Δq > 0 с одном пластины на другую.

Один элемент при этом будет постепенно приобретать положительный заряд, а другой — заряжаться отрицательно. Транспортировка заряда осуществляется при условии, что пластины уже обладают неким зарядом q. Разность потенциалов между ними будет определена по формуле:

В процессе переноса некоторого заряда Δq вешние силы совершают работу, которая определяется следующим уравнением:

Энергию We конденсатора, емкость которого составляет С, а заряд равен Q, можно рассчитать с помощью интегрирования предыдущей формулы в пределах от 0 до Q:

Энергия

Следует учитывать следующее условие:

Тогда энергия заряженного конденсатора будет переписана в другом эквивалентном уравнении:

Электрическая энергия \(We\) будет рассматриваться в качестве потенциальной энергии, которая находится в запасе заряженного конденсатора. Для расчета электрической энергии справедливо применять формулу, с помощью которой определяют потенциальную энергию деформированной пружины \((Ер)\) :

Где k является жесткостью пружины, \(х\) — деформацией, а \(F = kx\) равно внешней силе.

Исходя из современных представлений, электрическую энергию можно наблюдать в области между пластинами конденсатора, то есть в пространстве с электрическим полем. Отсюда появилось название энергии электрического поля.

Как рассчитать энергию электрического поля через напряженность, формула

В качестве примера можно рассмотреть плоский конденсатор. Его однородное электрическое поле в этом случае будет обладать напряженностью. Данная величина определяется по формуле:

Емкость конденсатора будет рассчитываться таким образом:

Исходя из приведенных равенств, энергия электрического поля будет равна:

Где V = Sd является объемом пространства между пластинами конденсатора, который вмещает электрическое поле.

Объемная плотность электрической энергии

Расчет физической величины We выглядит следующим образом:

Таким образом, \(We\) представляет собой электрическую или потенциальную энергию единицы объема пространства, в котором сформировано электрическое поле. Данная величина — объемная плотность электрической энергии. Для того чтобы найти энергию поля, созданного путем распределения электрически заряженных частиц в пространстве, необходимо интегрировать объемную плотность по всему объему, для которого характерно наличие электрического поля.

Насколько полезной была для вас статья?

1. Конденсатор

Конденсатор — это устройство, предназначенное для накопления заряда и энергии электрического поля (от лат. kondensator — «уплотнять», «сгущать»).

Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых металлических пластин — обкладок — и слоя диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами пластин.

На схемах электрических цепей конденсатор обозначается: .

Для зарядки конденсатора нужно присоединить его обкладки к полюсам источника тока. При зарядке обе обкладки получают заряды, равные по модулю, но противоположные по знаку. Под зарядом конденсаторов понимают модуль заряда одной из его обкладок. Свойство конденсатора накапливать электрический заряд характеризуется физической величиной — электроёмкостью .

Электроёмкость обозначается буквой \(C\) и определяется по формуле:
C = q U , где \(q\) — заряд конденсатора, \(U\) — напряжение между обкладками конденсатора.

Электроёмкость конденсатора зависит от площади перекрытия пластин и расстояния между ними, а также от свойств используемого диэлектрика:

C ∼ S d , где \(S\) — площадь каждой обкладки, \(d\) — расстояние между обкладками.
За единицу электроёмкости в СИ принимается Ф арад (Ф).

Она названа в честь Майкла Фарадея — английского физика. \(1\) Фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд \(1\) Кулон создаёт между его обкладками напряжение \(1\) Вольт : 1 Фарад = 1 Кулон 1 Вольт .

\(1\) Ф — это очень большая ёмкость для конденсатора. Чаще всего конденсаторы имеют электроёмкость, равную дольным единицам Ф: микрофарад (мкФ) — 10 −6 Ф, пикофарад (пФ) — 10 −12 Ф.

Для получения требуемой ёмкости конденсаторы соединяют в батареи.

Если конденсаторы соединены параллельно, то общая ёмкость равна сумме ёмкостей: C об = C 1 + C 2 + C 3 .

5.1.png

Если конденсаторы соединены последовательно, то общая ёмкость будет равна: 1 C об = 1 C 1 + 1 C 2 + 1 C 3 .

5.2.png

При зарядке конденсатора внешними силами совершается работа по разделению положительных и отрицательных зарядов. По закону сохранения энергии работа внешних сил равна энергии поля конденсатора. При разрядке конденсатора за счёт этой энергии может быть совершена работа. Энергия конденсатора есть не что иное, как энергия заключённого внутри него электрического поля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *