Энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор

Процесс зарядки конденсатора можно представить как последовательный перенос достаточно малых порций заряда Δ q >0 с одной обкладки на другую. При этом одна обкладка постепенно заряжается положительным зарядом, а другая – отрицательным. Поскольку каждая порция переносится в условиях, когда на обкладках уже имеется некоторый заряд q, а между ними существует некоторая разность потенциалов U=q/C при переносе каждой порции Δ q внешние силы должны совершить работу

Энергия W _e конденсатора емкости C, заряженного зарядом Q, может быть найдена путем интегрирования этого выражения в пределах от 0 до Q:

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

Электрическую энергию W _e следует рассматривать как потенциальную энергию, запасенную в заряженном конденсаторе.

Формулы для W_e аналогичны формулам для потенциальной энергии E_p деформированной пружины. где k – жесткость пружины, x – деформация, F = kx – внешняя сила.

Электрическая энергия конденсатора локализована в пространстве между обкладками конденсатора, то есть в электрическом поле. Поэтому ее называют энергией электрического поля.

Напряженность однородного поля в плоском конденсаторе равна E = U / d, а его емкость Поэтому

где V = Sd – объем пространства между обкладками, занятый электрическим полем. Из этого соотношения следует, что физическая величина является электрической (потенциальной) энергией единицы объема пространства, в котором создано электрическое поле. Ее называют объемной плотностью электрической энергии.

Энергия поля, созданного любым распределением электрических зарядов в пространстве, может быть найдена путем интегрирования объемной плотности w _e по всему объему, в котором создано электрическое поле.

Поиск по сайту: