Электрическая энергия

План:

1 Работа электрического поля при перемещении заряда
2 Мощность электрического тока в цепи
3 Энергия электрического и магнитного полей
4 Потоки энергии электромагнитного поля
5 Смотрите также

Введение

Электромагнитная энергия, электрическая энергия - термин, под которым подразумевается энергия, имеющаяся в электромагнитном поле. Сюда же относятся частные случаи чистого электрического поля и чистого магнитного поля. Эта энергия равна механической работе, осуществляемой при перемещении зарядов и проводников в электрическом и магнитном полях.

1. Работа электрического поля при перемещении заряда

Понятие работы электрического поля при перемещении заряда вводится в полном соответствии с определением механической работы :

$A = \ int F (x) \, dx = \ int Q \ cdot E (x) \, dx = Q \ cdot U$

где $U = \ int E \, dx$ - разность потенциалов (также употребляется термин напряжение)

Во многих задачах рассматривается непрерывный перенос заряда в течение некоторого времени между точками с заданной разностью потенциалов U (t) , В таком случае формулу для работы следует переписать следующим образом:

$A = \ int U (t) \, dQ = \ int U (t) I (t) \, dt$

где $I (t) = {dQ \ over dt}$ - сила тока

2. Мощность электрического тока в цепи

Мощность электрического тока для участка цепи определяется обычным способом, как производная от работы по времени, т.е. выражением

$W (t) = \ frac {{dA}} {dt} = U (t) \ cdot I (t)$

- Это самый общий выражение для мощности в электрической цепи.

С учетом закона Ома : $U = I \ cdot R$

Электрическая мощность, выделяемая на опоре можно выразить как через ток : $W = I (t) ^ 2 \ cdot R$ ,

так и через напряжение : $W = {{U (t) ^ 2} \ over R}$

Соответственно, работа (выделенная теплота) является интегралом мощности по времени:

$A = \ int W (t) \, dt = \ int I (t) ^ 2 \ cdot R \, dt = \ int {{U (t) ^ 2} \ over R} \, dt$

3. Энергия электрического и магнитного полей

Для электрического и магнитного полей их энергия пропорциональна квадрату напряженности поля. Следует отметить, что, строго говоря, термин энергия электромагнитного поля является не вполне корректным. Вычисление полной энергии электрического поля даже одного электрона приводит к значению равного бесконечности, поскольку соответствующий интеграл (см. ниже) расходится. Бесконечная энергия поля вполне конечного электрона составляет одну из теоретических проблем классической электродинамики. Вместо него в физике обычно используют понятие плотности энергии электромагнитного поля (в определенной точке пространства). Общая энергия поля равна интегралу плотности энергии по всему пространству.

Плотность энергии электромагнитного поля является суммой плотностей энергий электрического и магнитного полей.

В системе СИ для вакуума:

$u = {\ varepsilon _0 E ^ 2 \ over 2} + {\ mu _0 H ^ 2 \ over {2}}$

где E - напряженность электрического поля, H - напряженность магнитного поля, $\ Varepsilon _0$ - электрическая постоянная, и $\! \ Mu_0$ - магнитная стала. яп.

4. Потоки энергии электромагнитного поля

Для электромагнитной волны плотность потока энергии определяется вектором Пойнтинга (вектором Умова) S.

В системе СИ вектор Пойнтинга равен:

$\ Mathbf S = \ mathbf E \ times \ mathbf H$ ,

- Векторному произведению напряженностей электрического и магнитного полей, и направлен перпендикулярно векторов E и H. Это естественным образом сочетается со свойством поперечности электромагнитных волн.

Вместе с тем, формула для плотности потока энергии может быть обобщена для случая стационарных электрических и магнитных полей, и имеет абсолютно тот же вид:

$\ Mathbf S = \ mathbf E \ times \ mathbf H$ .

Сам факт существования потоков энергии в постоянных электрических и магнитных полях, на первый взгляд, выглядит очень странным, но это не приводит к каким-либо парадоксам, более того, такие потоки могут быть обнаружены экспериментально.

5. Смотрите также

Это незавершенная статья физики.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.