Енергія електростатичного поля

У цій вправі ти перевіриш, чи розумієш, що таке енергія електростатичного поля та як вона пов’язана із зарядом і напругою. Завдання починається з тестового питання: «Чи є електрична енергія потенційною?». Далі ти побачиш коротке пояснення про енергію поля конденсатора та формули, які часто трапляються на ЗНО/НМТ з фізики.

Електростатичне поле «зберігає» енергію, і це дуже схоже на те, як пружина накопичує енергію під час деформації. Для конденсатора енергію можна записати різними, але рівнозначними способами: через ємність і потенціал (або напругу), через заряд і потенціал, або через заряд і ємність. У вправі наведені формули: W = Cφ²/2, W = qφ/2, W = q²/(2C), а також поширений запис W = (1/2)qU і W = (1/2)CU². Ти навчишся бачити, що це одна й та сама фізична ідея, просто подана різними «мовами».

Окрема важлива частина — густина енергії електричного поля. У матеріалі показано, що енергія залежить і від об’єму простору між обкладками конденсатора. Для цього вводять об’ємну густину енергії: ω = W/V. У вправі вона записана як ω = CU²/(2Sd). Це допомагає зрозуміти: що більша напруженість електричного поля, то більшою є його енергія.

• закріпиш поняття потенційної енергії електростатичного поля;
• потренуєшся працювати з формулами W = q²/(2C) та W = (1/2)CU²;
• зрозумієш, як пов’язані енергія, об’єм і густина енергії ω = W/V;
• пригадаєш правила для еквівалентної ємності при паралельному та послідовному з’єднанні конденсаторів (C додаються або 1/C = 1/C1 + 1/C2).

Батькам і вчителям ця вправа зручна тим, що швидко показує, де саме учень плутається: у поняттях (потенційна енергія), у формулах (яку обрати), чи в темі з’єднання конденсаторів. А тобі вона допоможе впевненіше розв’язувати типові тестові завдання та не губитися, коли в умові дано не ті величини, до яких ти звик.