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L'energia del campo elettrico

Parlare di ciò che è l'energia di un campo elettrico, non si può non sottolineare che questo è il suo parametro più importante. Nonostante il fatto che il termine "energia" sia abbastanza familiare e, a prima vista, è evidente, in questo caso è necessario comprendere bene ciò che viene detto. Ad esempio, come è noto, l'energia del campo elettrico può essere misurata da qualsiasi livello arbitrario di esso, condizionatamente preso come origine (cioè zero). Anche se questo dà una certa flessibilità nella preparazione dei calcoli, un errore può portare a calcoli di un'energia completamente diversa. Questo punto chiariremo un po 'più tardi, usando la formula.


L'energia del campo elettrico è direttamente correlata all'interazione di due o più cariche di punto. Consideriamo un esempio con due cariche – q1 e q2. L'energia potenziale del campo elettrico (in questo caso – elettrostatica) è definita come:

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

Dove E0 è la forza, r è la distanza tra le cariche, Pi è 3.141.

Poiché il campo dell'ex agisce sul secondo (e viceversa), determiniamo i potenziali di questi campi. La prima carica interessa il secondo:

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

In questa formula (la indichiamo per 1) ci sono due nuove quantità – Fi1 e Fi2. Calcoliamoci.

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

Di conseguenza:

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

Ora il primo punto importante: la formula "1" contiene due termini (q * Fi), rappresentando in realtà l'energia di interazione di carica e il coefficiente 0.5. Tuttavia, l'energia del campo elettrico non fa parte di alcuna carica, quindi, per tener conto di questa funzionalità, è necessario immettere la correzione "0.5".

Come già indicato, l'interazione ha diverse cariche l'una all'altra (non necessariamente solo due). In questo caso, la densità energetica del campo elettrico è maggiore. Il suo valore può essere trovato sommando i dati ottenuti per ogni coppia.

Ora torniamo al problema della scelta dell'origine di cui all'inizio dell'articolo. Di conseguenza, dalle formule risulta che se i calcoli vengono eseguiti rispetto a punti arbitrari, la distanza dai carichi tende all'infinito, il risultato sarà il valore del lavoro svolto dal campo, portando le cariche l'una dall'altra a una distanza infinita. Ma se si desidera conoscere il valore del lavoro sul campo, speso per un movimento relativamente piccolo delle stesse, allora si può scegliere il punto di riferimento poiché il valore ottenuto come risultato dei calcoli non dipende dalla scelta del punto di riferimento.

Facciamo un esempio di come questo possa essere utilizzato nei calcoli pratici. Ad esempio, ci sono tre cariche, la cui configurazione spaziale è un triangolo. Le distanze (r) tra q1, q2 e q3 sono uguali.

Calcola il potenziale:

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

Ora possiamo determinare l'energia di interazione delle tariffe stesse:

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

Questo è esattamente il lavoro che verrà fatto quando si sposta ad una distanza infinita.

Se lo spostamento di tutti e tre avviene dal centro comune per la stessa quantità, si forma un triangolo con i lati r1 (contro il precedente).

Definire l'energia:

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

In questo caso, possiamo parlare di una diminuzione dell'energia totale dell'intero sistema di tre cariche. Vale la pena notare che se r1 (r) tende all'infinito, allora l'energia originale e l'opera prodotta diventano uguali.

Compliciamo il problema e rimuoviamo dal sistema una carica arbitraria. Di conseguenza, otteniamo un caso classico con due cariche che si trovano a distanza r.

L'energia di un tale sistema è:

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

E il campo stesso esegue il lavoro sul movimento, numericamente uguale a:

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

Tutto è semplice: la rimozione di un'altra carica condurrà a quella energia totale diventa zero (non c'è distanza). In questo caso, il lavoro e il campo sono numericamente equalizzati. In altre parole, l'energia originale è completamente trasformata in opera.

I calcoli relativi alla determinazione dell'energia per un campo elettrico vengono generalmente applicati alla selezione dei condensatori. Dopo tutto, ciascun dispositivo è due piastre separate da una distanza r, su ciascuna delle quali è concentrata la carica.