Энергия электрических зарядов

Сообщим уединенному проводнику некоторый заряд q. Тогда вокруг него возникает электрическое поле, и потенциал проводника примет какое-то значение. Чтобы увеличить заряд проводника на dq придется принести этот заряд из бесконечности к поверхности проводника и затратить на это работу, равную

A = (j - j_¥)dq = jdq = , (3.7.1)

если считать j_¥ = 0. Эта работа совершается внешними силами, перемещающими заряд против сил электрического поля проводника. При обратном перемещении заряда dq с поверхности проводника в бесконечно удаленную точку силы электрического поля совершают точно такую же по величине работу dA. Следовательно, заряженный проводник обладает потенциальной энергией W, за счет которой совершается работа разрядки. При увеличении заряда проводника на dq его потенциальная энергия возрастает на величину dW, равную работе dA, совершенной внешними силами:

dW =dA=. (3.7.2)

Потенциальную энергию незаряженного проводника (q=0 и j=0), не создающего вокруг себя электрического поля, будем считать равной нулю. Тогда энергия W проводника, заряд которого достиг некоторой величины, может быть найден интегрированием выражения (3.7.3):

. (3.7.3)

Используя зависимость, связывающую заряд проводника с его потенциалом, можно окончательно получить выражение для энергии заряженного проводника в виде:

W = q²/2C = q×j/2 = Cj²/2. (3.7.4)

Внутри заряженного проводника поле отсутствует. В процессе зарядки проводника электрическое поле возникает в пространстве, окружающем проводник. Электрическая энергия заряженного проводника локализована в окружающем его электрическом поле, которая распреде­лена в последнем с объемной плотностью в соответствии с величиной напряженности электрического поля в зависимости от расстояния до проводника.