Elektrische veldenergie

Praten over wat de energie van elektriciteit isveld, je kan niet nalaten om aan te geven dat dit de belangrijkste parameter is. Ondanks het feit dat de term "energie" heel bekend is en het op het eerste gezicht duidelijk is, is het in dit geval noodzakelijk om goed te begrijpen wat er op het spel staat. Bijvoorbeeld, zoals bekend is, kan de energie van een elektrisch veld worden gemeten vanaf elk willekeurig niveau ervan, conventioneel genomen als de oorsprong (dat wil zeggen, nul). Hoewel dit enige flexibiliteit biedt bij de voorbereiding van berekeningen, kan een fout leiden tot berekeningen van een geheel andere energie. We zullen dit punt wat later verduidelijken met behulp van de formule.

De energie van het elektrische veld zelfis verbonden met de interactie van twee of meer puntladingen. Beschouw een voorbeeld met twee ladingen - q1 en q2. De potentiële energie van het elektrische veld (in dit geval - elektrostatica) wordt gedefinieerd als:

W = (1/4 * Pi * E0) / (q1 * q2 / r),

waar E0 de sterkte is, r de afstand tussen de ladingen, Pi is 3,141.

Omdat het veld van de eerste op de tweede inwerkt (en omgekeerd), bepalen we de mogelijkheden van deze velden. De eerste lading heeft invloed op de tweede:

W = 0,5 * (q1 * Fi1 + q2 * Fi2).

In deze formule (we geven het met 1 aan) zijn er twee nieuwe hoeveelheden - Fi1 en Fi2. Laten we ze berekenen.

Fi1 = (1/4 * Pi * E0) / (q2 / r).

Bijgevolg:

Fi2 = (1/4 * Pi * E0) / (q1 / r).

Nu het eerste belangrijke punt:formule "1" bevat twee termen (q * Fi), die feitelijk de interactie-energie van ladingen en een factor van 0,5 vertegenwoordigen. De energie van het elektrische veld maakt echter geen deel uit van enige lading. Daarom moet u om rekening te houden met deze functie de correctie "0,5" invoeren.

Zoals al aangegeven, heeft interactieEr zijn verschillende ladingen op elkaar (niet noodzakelijk twee). In dit geval is de energiedichtheid van het elektrische veld hoger. De waarde kan worden gevonden door de gegevens die voor elk paar zijn verkregen te sommeren.

Laten we nu terugkeren naar het probleem van het kiezen van de oorsprong,genoemd aan het begin van het artikel. Dus, het volgt uit de formules dat als de berekeningen worden uitgevoerd met betrekking tot willekeurige punten, de afstand van de ladingen tot oneindig neigt, het resultaat zal de waarde zijn van het werk gedaan door het veld, ladingen van elkaar naar een oneindige afstand. Maar als u de waarde van het veldwerk wilt weten, besteed aan een relatief kleine verplaatsing van de ladingen zelf, dan kan ook het referentiepunt worden gekozen, omdat de waarde die wordt verkregen als resultaat van berekeningen niet afhankelijk is van de keuze van het referentiepunt.

Hier is een voorbeeld van hoe dit kan worden gebruiktin praktische berekeningen. Er zijn bijvoorbeeld drie ladingen waarvan de ruimtelijke configuratie een driehoek is. De afstanden (r) tussen q1, q2 en q3 zijn gelijk.

Bereken het potentieel:

Fi = 2 * (q / 4 * Pi * E0 * r).

Nu kunnen we de interactie-energie van de kosten zelf bepalen:

W0 = 3 * ((q * q) / 4 * 3.141 * E0 * r).

Dit is precies het werk dat gedaan zal worden bij het verplaatsen naar een oneindige afstand.

Als de verplaatsing van alle drie dezelfde hoeveelheid uit het gemeenschappelijke centrum optreedt, wordt een driehoek met zijden r1 (tegen de vorige r) gevormd.

We definiëren de energie:

W = 3 * ((q * q) / 4 * Pi * E0 * r1).

In dit geval kunnen we praten over een afnamevan de totale energie van het hele systeem van drie ladingen. Het is vermeldenswaard dat als r1 (r) naar het oneindige neigt, de originele energie en het geproduceerde werk gelijk zijn.

We compliceren het probleem en verwijderen een willekeurig bedrag uit het systeem. Als gevolg hiervan verkrijgen we een klassieke koffer met twee ladingen op een afstand r.

De energie van een dergelijk systeem is:

W = (q * q) / (4 * Pi * E0 * r).

En het veld zelf zal het werk aan de beweging uitvoeren, numeriek gelijk aan:

A = 2 * ((q * q) / 4 * Pi * E0 * r).

Dan is alles eenvoudig:het verwijderen van een andere lading zal ertoe leiden dat de totale energie nul wordt (geen afstand). In dit geval zijn het werk en het veld numeriek gelijk gemaakt. Met andere woorden, de oorspronkelijke energie is volledig getransformeerd in werk.

Berekeningen met betrekking tot de bepaling van energie voorHet elektrische veld wordt in de regel gebruikt om condensatoren te selecteren. Immers, elke dergelijke inrichting is twee platen gescheiden door een afstand r, op elk waarvan de lading geconcentreerd is.

leuk vond:
0
Behoudswetten in de mechanica
Werking en vermogen van elektrische stroom
De basis van moderne elektrotechniek is een fenomeen
Geleiders op een elektrisch veld
Wat is een vortex elektrisch veld?
Veldsterkte: essentie en basic
Wat is elektromagnetische golven
Werking van elektrische stroom: totaal
Elektrische veldsterkte
Top berichten
omhoog