Работа по перемещению заряда в поле Потенциальная энергия и потенциал поля точечных зарядов Свойства диэлектриков Электрический момент диполя Энергия электрического поля. Ядерные реакции Закон Кирхгофа

Молекулярная физика и термодинамика, электростатика - примеры решения задач

Энергия заряженного проводника.

Энергия электрического поля.

Основные формулы

Энергия заряженного проводника выражается через заряд Q, потенциал φ и электрическую емкость С проводника следующими соотношениями:

Энергия заряженного конденсатора

где С- электрическая емкость конденсатора; U - разность потенциалов на его пластинах.

Понятие о ядерной энергетике Большое значение в ядерной энергетике приобретает не только осуществление цепной реакции деления, но и управление ею. Устройства, в которых осуществляется и поддерживается управляемая цепная реакция деления, называются ядерными реакторами. Пуск первого реактора в мире осуществлен в Чикагском университете (1942) под руководством Э. Ферми, в России (и в Европе) — в Москве (1946) под руководством И. В. Курчатова.

Объемная плотность энергии (энергия электрического поля, приходящаяся на единицу объема)

где Е - напряженность электрического поля в среде с диэлектрической проницаемостью ε; D - электрическое смещение.

Примеры решения задач

Пример 1. Конденсатор электроемкостью C1=З мкФ был заряжен до разности потенциалов U1=40 В. После отключения oт источника тока конденсатор был соединен параллельно с другим незаряженным конденсатором электроемкостью С2=5 мкФ. Определить энергию ΔW, израсходованную на образование искры в момент присоединения второго конденсатора.

Р е ш е н и е. Энергия, израсходованная на выбрасывание искры, равна

ΔW=W1-W2  (1)

где W1 - энергия, которой обладал первый конденсатор до, присоединения к нему второго конденсатора; W2 - энергия, которую имеет батарея, составленная из первого и второго конденсаторов. Подставив в равенство (1) формулу энергии заряженного конденсатора


W=CU2/2 и приняв во внимание, что общая электроемкость параллельно соединенных конденсаторов равна сумме электроемкостей отдельных конденсаторов, получим

  (2)

где С1 и С2 - электроемкости первого и второго конденсаторов; U1- разность потенциалов, до которой был заряжен первый конденсатор; U2 - разность потенциалов на зажимах батареи конденсаторов.

Учитывая, что заряд после присоединения второго конденсатора остался прежним, выразим разность потенциалов U2 следующим образом:  Подставив это выражение U2 в формулу (2), получим

После простых преобразований найдем

 

Выполнив вычисления, получим ΔW=1,5 мДж.

Пример. Плоский воздушный конденсатор с площадью S пластины, равной 500 см2, подключен к источнику тока, ЭДС которого равна 300 В. Определить работу А внешних сил по раздвижению пластин от расстояния d1 = 1 см до d2=3 см в двух случаях: 1) пластины перед раздвижением отключаются от источника тока; 2) пластины в процессе раздвижения остаются подключенными к нему.

Энергия поля конденсатора определяется по формуле W=CU2/2, (2) где U - разность потенциалов, до которой заряжены пластины конденсатора; С - его электроемкость. Но C=εε0S/d, V=Sd. Подставив выражение С в формулу (2) и затем выражения W и V в формулу (1), получим ω=εε0U2/ (2d2).

Энергия плоского конденсатора

Свободные и связанные заряды, поляризованность вещества. Поляризация диэлектриков и проводников. Диэлектрическая восприимчивость. Вектор электрического смещения (электрической индукции). Диэлектрическая проницаемость. Единицы измерения. Теорема Гаусса для электрической индукции.
Энергия заряженного проводника.