Энергия электрического поля

Для того чтобы конденсатор зарядить, необходимо подключить его к источнику питания электрической энергии. Во время заряда происходит поляризация диэлектрика,  создается электрическое поле между пластинами, обусловленное электрическими зарядами и в поле запасается энергия.

Повышение напряжения между пластинами увеличивает количество электричества. Между напряжением и зарядом существует линейная зависимость

Q=CU_{c},

где C электрическая емкость (смотрите рисунок)

 

energiya_polya

За очень маленький промежуток времени  dt электрический заряд изменится на малое приращение dQ, поэтому заштрихованную площадь на графике можно определить как площадь прямоугольника, равную dS=U₁ dQ=dA

т. е. бесконечно малой работе, совершаемой в электрическом поле. Если же увеличивать напряжение между пластинами конденсатора от O до U₂,

то вся работа будет численно равна энергии электрического поля конденсатора.

Вся энергия электрического поля за время заряда конденсатора определяется площадью треугольника ODN, и поэтому

W_{c}=\frac{U_{c}Q}{2}=\frac{U_{c}U_{c}C}{2}=\frac{U_{c}^{2}C}{2},

где

Q=CU_{c}

.

При разряде конденсатора энергия его электрического поля превращается в тепловую.

В системе СИ энергия электрического поля измеряется в джоулях (Дж). В электронике применяют единицу измерения энергии, называемую электрон-вольт (эВ). Электрон вольт равен работе, которую совершают силы поля, перемещая заряд, равный заряду электрона

1,6\cdot 10^{-19}

Кл), между двумя точками поля с разностью потенциалов между ними один вольт:

1 эВ=1,6 · 10⁻¹⁹ Кл · 1В=1,6×10⁻¹⁹ Дж

Пример. Конденсатор емкостью 10 пФ подключен к источнику с напряжением 100В. Определить энергию электрического поля конденсатора.

Решение:

W_{c}=\frac{CU_{2}}{2}=\frac{10\cdot 10^{-12}\cdot 100^{2}}{2}=5\cdot 10^{-8}  Дж.

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *