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静电场的能量

电荷系的静电能

We=12qiφi

或者

We=12qφdq

电容器的能量

We=12CU2=12Q2C

平行板电容器

代入 C=εSd 可得

We=12εSd(Ed)2=12εE2Sd

静电场的能量与能量密度

根据 平行板电容器 的能量公式,我们知道平行板电容器的能量和电场强度有关。
更普遍的说,电能的携带者是电场。

单位体积中的电场能量密称为电场能量密度,记作 we,即

we=dWedV

由于平行板电容器的电场是均匀的,所以电场能量密度是均匀的,即

we=WeV=12εE2=12DE

该式虽然是从平行板电容器的能量公式推导出来的,但是对各向同性的电介质都是普遍成立的。 在各向异性的电介质中DE 的方向不一定相同,但是它们之间的关系仍然是

we=12DE

对于任意电场,空间 V 内的总电场能量 We 可以体由积分求得,即

We=VwedV=12V12εE2dV

该积分遍及整个空间,适用于任何各向同性的电介质。

大学物理AII 学习笔记