静电场的能量

静电场的能量
设电容器的电容为C，在电 源的作用下，电荷开始从电容器 的负极板通过电源移向正极板. 某一瞬间，电容器两极板的带电 量分别为+q和-q，电势差为 UAB，如图8- 38所示.
图8- 38 电容器的充电原理图
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此时若移动电荷dq，则非静电力克服电场力所做的功为
式中，We表示电容器的能量.式(8-36)适用于所有电容器.
1. 库仑定律
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代入式(8- 36)可得
式中，V=Sd为平行板电容器内电场所占空间的体积.由于平
行板电容器中的场强为匀强电场，因此上式只表示匀强电场的能
量.对匀强电场而言，电场能量的分布也是均匀的，故单位体积内
的能量为
(8- 37)
式(8- 37)即为电场能量密度的表达式，可以证明它适合于任 何电场.
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一、 电容器的能量
当充好电的电容器的两个极板短接时，会产 生火花放电现象，说明充电电容器储存能量.电容 器充电的过程就是由电源提供非静电力做功把正 电荷从电容器的负极板搬运到正极板的过程.在这 个过程中，非静电力不断克服静电力做功，使电 容器储存的能量不断增加，直到电容器的两极板 都带有等量、异号的电荷为止.
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二、 电场能量 电场能量密度
实验证明，在电磁现象中，能量能够以电磁波的形式 和有限的速度传播，这说明带电系统储存的能量分布在它 所激发的电场空间中，即电场具有能量.下面以平行板电 容器为例来讨论电场能量.
设平行板电容器的两个极板带电量分别为+Q和-Q， 极板面积为S，两板之间的距离为d，极板间充满了电容 率为ε 分别为