Энергия электрического поля

Опыт указывает, что заряженный конденсатор содержит припас энергии. 

Энергия заряженного конденсатора равна работе наружных сил, которую нужно затратить, чтоб зарядить конденсатор. Процесс зарядки конденсатора можно представить как поочередный перенос довольно малых порций заряда Δq > 0 с одной обкладки на другую (рис. 4.7.1). При всем этом одна обкладка равномерно заряжается положительным зарядом, а другая – отрицательным. Так как любая порция переносится в критериях, когда на обкладках уже имеется некий заряд q, а меж ними существует некая разность потенциалов  Энергия электронного поля
при переносе каждой порции Δq наружные силы должны совершить работу  Энергия электронного поля
Энергия We конденсатора емкости C, заряженного зарядом Q, может быть найдена методом интегрирования этого выражения в границах от 0 до Q:

 Энергия электронного поля

 

Процесс зарядки конденсатора. 1
Набросок 4.7.1. Процесс зарядки конденсатора.

Формулу, выражающую энергию заряженного конденсатора, можно переписать в другой эквивалентной форме, если пользоваться соотношением Q = CU.

 Энергия электронного поля

  Электронную энергию We следует рассматривать как потенциальную энергию, запасенную в заряженном конденсаторе. Формулы для We подобны формулам для возможной энергии Ep деформированной пружины (см. § 2.4)

 Энергия электронного поля

где k – твердость пружины, x – деформация, F = kx – наружняя сила.  По современным представлениям, электронная энергия конденсатора локализована в пространстве меж обкладками конденсатора, другими словами в электронном поле. Потому ее именуют энергией электронного поля. Это просто проиллюстрировать на примере заряженного плоского конденсатора. Напряженность однородного поля в плоском конденсаторе равна E = U/d, а его емкость  Энергия электронного поля
Потому

 Энергия электронного поля

где V = Sd – объем места меж обкладками, занятый электронным полем. Из этого соотношения следует, что физическая величина

 Энергия электронного поля

является электронной (возможной) энергией единицы объема места, в каком сотворено электронное поле. Ее именуют большой плотностью электронной энергии.  Энергия поля, сделанного хоть каким рассредотачиванием электронных зарядов в пространстве, может быть найдена методом интегрирования большой плотности we по всему объему, в каком сотворено электронное поле.