Энергия электрического поля

Для того, чтобы увеличить заряд проводника, необходимо дополнительно перенести на него некоторое количество электричества. Для этого необходимо преодолеть силы отталкивания между вновь переносимым зарядом и уже раннее имевшимися на проводнике зарядами. Работа, которую необходимо совершать, чтобы сообщить проводнику заряд q и потенциал φ, может служить мерой энергии заряженного проводника.

Энергией заряженного проводника называется потенциальная энергия взаимодействия зарядов, находящихся на проводнике. Если проводник не находится во внешнем электрическом поле, то его энергия является собственной и вычисляется по формуле

где C - емкость проводника, q и φ – его заряд и потенциал.

Если имеется система n заряженных проводников, то полная электрическая энергия системы состоит из суммы собственных энергий проводников и энергии их взаимодействия: W_э =½Σ q_i φ_i,

где q_i – заряд i -того проводника, φ_i – потенциал i -того проводника, создаваемый как полем всех других проводников, так и собственным полем этого проводника.

Энергия заряженного конденсатора является полной энергией системы двух проводников и вычисляется по формуле

W_э =½q(φ₁ – φ₂)=½C(φ₁ – φ₂) ²,

где q - заряд конденсатора, С - его электроемкость, (φ₁ – φ₂) - разность потенциалов между обкладками конденсатора.

Энергия любых заряженных тел сосредоточена в электрическом поле этих тел. Поэтому говорят об энергии электрического поля, причем считается, что энергия источников поля – заряженных тел – распределена по всему пространству, где имеется электрическое поле. Например, в плоском конденсаторе энергия сосредоточена в пространстве между его обкладками.

Энергия электрического поля, сосредоточенного в объеме ΔV изотропной среды,

ΔW_э = (½ε₀εE²)·ΔV,

где Е – напряженность поля, ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Объемная плотность энергии электрического поля

ω_э = ΔW_э / ΔV = ½ ε₀εE²

Определение электрического поля, как особой формы материи, получает свое обоснование в том, что у электрического поля имеется энергия. Энергия, как и масса, является неотъемлемым свойством вещества и поля – двух форм материи.