Энергия электрического поля
Исходя из опытов, заряженный конденсатор имеет запас энергии.
Объемная плотность электрической энергии
Определение 3
Напряженность однородного поля плоского конденсатора равняется E = U d , его емкость – C = ε 0 ε S d .
Отсюда следует, что W e = C · U 2 2 = ε 0 · ε · S · E 2 · d 2 2 d = ε 0 · ε · E 2 2 V , где V = S d обозначает объем пространства между обкладками с наличием электрического поля. Данное соотношение приводит к формуле следующей физической величины.
Физическая величина W e = ε 0 · ε · E 2 2 – это электрическая энергия на единицу объема пространства, в котором создается электрическое поле. Ее называют объемной плотностью данной электрической энергии.
Энергия поля конденсатора, создаваемая любыми распределениями электрических зарядов в пространстве, находится путем интегрирования W e по всему объему, в котором было создано электрическое поле.
Какой буквой обозначается энергия?Также ее формула и в чем измеряется.
Какой только буквой не обозначается!
Измеряется, например, в джоулях.
Формул превеликое множество:
1) смотря какая энергия — кинетическая, потенциальная, электрическая, тепловая, энергия покоя, полная, энергия поля, химическая.. .
2) смотря что полагать известным.
обозначается Е, измеряется в Джоулях, а формул действительно достаточно, смотря какую энергию надо.
Анастасия Дудина
Буква Е, а формул много, как и различных видов энергии.
Измеряется в джоулях.
Как обозначается электрическая энергия в физике
В электрической цепи можно выделить два участка: внутренний — в источнике тока и внешний — тот, на котором включены разные приборы — потребители энергии. На внутреннем участке электрической цепи происходит преобразование неэлектрической энергии (например, механической) в энергию электрического поля. А на внешнем участке цепи энергия электрического поля за счет работы электрического тока превращается в другие виды энергии. Например, в электродвигателях энергия электрического поля превращается в механическую; в электрической лампе — во внутреннюю и энергию излучения; в электрическом утюге — во внутреннюю, причем эта энергия путем теплообмена отдается окружающим телам; при электролизе и при зарядке аккумулятора — в энергию химических реакций. Работа электрического тока показывает, сколько электрической энергии, т. е. энергии электрического поля, превратилось в другие виды энергии, или, что одно и то же, сколько было получено и израсходовано электрической энергии. Чтобы подсчитать работу электрического тока, вспомним определение понятия напряжения: U=A/q .
Следовательно, работа электрического тока равна:
A =qU.
Электрический заряд можно выразить через силу тока и его время протекания. Подставив в формулу для вычисления работы q = It, получим
Итак, работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение и на время протекания тока по цепи. Работа электрического тока выражается в джоулях (Дж).
1 джоуль = 1 вольт·1 ампер·1 секунда, или 1Дж=1В·1А·1с .
Для учета совершенной электрическим током работы, а следовательно, для учета израсходованной (преобразованной) электрической энергии созданы специальные приборы-счетчики электрической энергии. Устанавливают такие счётчики и в квартирах. Из курса физики VII класса вы знаете, что мощность равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена. Мощность в механике принято обозначать буквой N, в электротехнике — буквой Р. Следовательно, мощность равна: P=A/t .
Пользуясь этой формулой, найдем мощность электрического тока. Так как работа тока определяется формулой А = I·U·t , то мощность электрического тока равна: P=IU .
За единицу мощности ватт (Вт) принята мощность тока силой 1 А на участке с напряжением 1 В . Следовательно, 1Вт = 1А·1В . Ватт сравнительно небольшая мощность, на практике используют более крупные единицы, кратные ватту: 1 гВт (гектоватт) = 100 Вт, 1 кВт (киловатт) = 1000 Вт, 1 МВт (мегаватт) = 1000000 Вт. Измерить мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощность, умножают напряжение на силу тока, найденные по показаниям приборов. Существуют специальные приборы — ваттметры, которые непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи. В таблице приведены мощности некоторых источников и потребителей электрического тока.
| Мощность различных электрических устройств | кВт |
| Лампа карманного фонаря | 0,001 |
| Холодильник домашний | 0,110-0,16 |
| Лампы осветительные (бытовые) | 0,015-0,2 |
| Электрический утюг | 0,3 — 1 |
| Стиральная машина | 0,35-0,6 |
| Электрическая плитка | 0,6; 0,8; 1; 1,25 |
| Электропылесос | до 0,6 |
| Лампы в звездах башен Кремля | 5 |
| Двигатель электровоза ВЛ10 | 650 |
| Электровоз ВЛ10 | 5200 |
| Электродвигатель прокатного стана | 6000-9000 |
| Гидрогенератор Братской ГЭС | 250 000 |
| Турбогенератор | 50 000 — 1 200 000 |
В паспортах приемников тока — лампах, плитках, электродвигателях — обычно указывают мощность тока в них. По мощности легко определить работу тока за заданный промежуток времени, пользуясь формулой A=Pt.
Выражая мощность в ваттах, а время в секундах, получим работу в джоулях:
1 Вт = 1 Дж/с, откуда 1 Дж = 1 Вт·с.
Однако эту единицу работы неудобно использовать в практике, так как в потребителях электроэнергии ток производит работу в течение длительного времени, например в бытовых приборах — в течение нескольких часов, в электропоездах — по несколько часов и даже суток, а расчет израсходованной энергии по электросчетчику производится чаще всего за месяц. Поэтому при вычислении работы тока или затрачиваемой и вырабатываемой электрической энергии во всех этих случаях приходится переводить эти отрезки времени в секунды, что усложняет расчеты.
Поэтому в практике, вычисляя работу тока, гораздо удобнее время выражать в часах, а работу тока не в джоулях, а в других единицах: ватт-час (Вт·ч), гектоватт-час (гВт·ч), киловатт-час (кВт·ч).
1 Вт·1ч = 3600 Дж;
1 гВт·1ч =360000 Дж;
1 кВт·1ч =3600000 Дж.
Как обозначается электрическая энергия в физике
Электрическое поле обладает энергией. Плотность энергии w w (энергия единицы объёма) любого электрического поля в некоторой точке зависит от напряжённости E E поля в этой точке. В однородном изотропном диэлектрике с диэлектрической проницаемостью ε \varepsilon :
Энергия электрического поля конденсатора есть энергия конденсатора. Почти вся энергия плоского конденсатора сосредоточена в однородном поле между его обкладками.
Параметры заряженного конденсатора характеризуются тремя величинами: ёмкостью C C , зарядом q q и напряжением U U . Между ними простая связь: C = q / U . C=q/U. Энергия конденсатора может быть выражена через любые две из трёх величин:
W = q U 2 = q 2 2 C = C U 2 2 W=\dfrac2=\dfrac=\dfrac2 .
Задача 11.1
Плоский конденсатор имеет заряд Q Q и отсоединён от источника. Пластина с диэлектрической проницаемостью ε \varepsilon заполняет всё пространство между обкладками. Ёмкость конденсатора без диэлектрика равна C C . Какую минимальную работу надо совершить, чтобы удалить пластину из конденсатора?
Искомая работа A A внешних сил пойдёт на приращение энергии конденсатора:
A = W 2 — W 1 A=W_2-W_1 .
Заряд конденсатора не изменяется, а ёмкость уменьшается от ε C \varepsilon C до C C . Тогда
A = Q 2 2 C — Q 2 2 ε C = Q 2 2 C ε — 1 ε . A=\dfrac-\dfrac=\dfrac\dfrac\varepsilon.