（高中物理）§15靜電場的能量

1、§1、5 靜電場的能量151、帶電導(dǎo)體的能量一帶電體的電量為Q，電容為C，那么其電勢。我們不妨設(shè)想帶電體上的電量Q，是一些分散在無限遠(yuǎn)處的電荷，在外力作用下一點(diǎn)點(diǎn)搬到帶電體上的，因此就搬運(yùn)過程中，外力克服靜電場力作的功，就是帶電體的電能。圖1-5-1該導(dǎo)體的電勢與其所帶電量之間的函數(shù)關(guān)系如圖1-5-1所示，斜率為。設(shè)每次都搬運(yùn)極少量的電荷，此過程可認(rèn)為導(dǎo)體上的電勢不變，設(shè)為，該過程中搬運(yùn)電荷所做的功為，即圖中一狹條矩形的面積圖中斜線所示因此整個過程中，帶電導(dǎo)體儲存的能量為其數(shù)值正好等于圖線下的許多小狹條面積之和，假設(shè)取得盡可能小，那么數(shù)值就趨向于圖線下三角形的面積。上述帶電導(dǎo)體的靜電

2、能公式也可推廣到帶電的電容器，因?yàn)殡娙萜鲀砂彘g的電勢差與極板上所帶電量的關(guān)系也是線性的。152、電場的能量由公式，似乎可以認(rèn)為能量與帶電體的電量有關(guān)，能量是集中在電荷上的。其實(shí)，前面只是根據(jù)功能關(guān)系求得帶電導(dǎo)體的靜電能，并未涉及能量的分布問題。由于在靜電場范圍內(nèi)，電荷與電場總是聯(lián)系在一起的，因此電能究竟與電荷還是與電場聯(lián)系在一起，尚無法確定。以后學(xué)習(xí)了麥克斯韋的電磁場理論可知，電場可以脫離電荷而單獨(dú)存在，并以有限的速度在空間傳播，形成電磁波，而電磁波攜帶能量早已被實(shí)踐所證實(shí)。因此我們說，電場是電能的攜帶者，電能是電場的能量。下面以平行板電容器為例，用電場強(qiáng)度表示能量公式。單位體積的電場能量稱為

3、電場的能量密度，用來表示上式是一個普遍適用的表達(dá)式，只要空間某點(diǎn)的電場強(qiáng)度，該處的能量密度即可求出，而整個電場區(qū)的電場能量可以通過對體積求和來求得。153、電容器的充電如圖1-5-2所示，一電動勢為U的電源對一電容為C的電容器充電，充電完畢后，電容器所帶電量圖1-5-2電容器所帶能量而電源在對電容器充電過程中，所提供的能量為也就是說，在充電過程中，電容器僅得到了電源提供的一半能量，另一半能量在導(dǎo)線和電源內(nèi)阻上轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，以及以電磁波的形式發(fā)射出去。例7、用N節(jié)電動勢為的電池對某個電容器充電，頭一次用N節(jié)電池串聯(lián)后對電容器充電；第二次先用一節(jié)電池對電容器充電，再用兩節(jié)串聯(lián)再充一次，再用三節(jié)串聯(lián)再充直到用N節(jié)串聯(lián)充電，哪一種方案消耗電能多？解：第一次電源提供的能量，電容器儲能，消耗的能量。第二次充電時，電容器上電量從0Q1Q2Q3而電源每次提供能量為消耗的能量顯然，前一種方案消耗能量多，實(shí)際上，頭一種方案電源搬運(yùn)電量