Энергия электрического поля

При перемещении зарядов в электростатическом поле совершается работа за счет убыли потенциальной энергии поля. Для того, чтобы выяснить, от каких величин зависит энергия электростатического поля, рассчитаем сначала энергию заряженного проводника, затем энергию системы проводников (конденсатора), и используя полученные выводы, найдем выражение для энергии поля.

Рассмотрим процесс зарядки уединенного проводника.

При переносе первой порции заряда dQ работа не совершается (рисунок 37а). При переносе следующих порций заряда dQ совершается работа (рисунок 38б) .

Так как , , то , , . (39)

Совершаемая работа приводит при этом к увеличению потенциальной энергии заряженного проводника, следовательно

Рисунок 37

или есть собственная энергия заряженного проводника.

Для плоского конденсатора аналогичными рассуждениями получим , (40)

где U – напряжение между пластинами.

Учитывая выражение для емкости плоского конденсатора и связь между напряженностью поля Е и разностью потенциалов , получим , .

Из сравнения выражений (39) и (40) возникает вопрос: где сосредоточена энергия конденсатора – на пластинах или в электрическом поле? Электростатика не дает ответа на этот вопрос. При исследовании переменных электрических полей выясняется, что носителем электрической энергии является электрическое поле.Видно, что энергия электростатического поля зависит от объема, в котором оно существует. Для объективной характеристики энергии поля вводят объемную плотность энергии

.

Электростатическое поле является частным проявлением более сложного – электромагнитного поля. Наличие энергии доказывает физическую реальность электростатического поля, как одной из форм материи.