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与电荷分布相关的能量
24.13
考虑一个被包围在体积内的连续电荷分布。无穷小电荷元内的总电荷可用体电荷密度来表示。
这种连续电荷分布构型所做的功或储存的能量,可通过体电荷密度与相应电势的积分求得。
利用高斯定律并应用乘积法则,将方程重写为用电场表示的形式。
通过应用散度定理并将势能梯度替换为电场,储存的能量可表示为表面积分与体积分之和。
即使积分体积扩大,由于额外体积内的电荷密度为零,通量在任何远距离上仍保持不变。然而,表面积分随距离成反比减小,从而使体积分增大,以保持总能量守恒。
最终,对整个空间进行积分会使面积分为零,这意味着储存的总能量只能通过电场强度的大小来计算。
将电荷带过一定距离r所做的功由初始位置和最终位置之间的电势差给出。 为了组装点电荷的集合,所做的总功可以用每对电荷除以它们的间隔距离的乘积来表示,间隔距离是相对于合适的原点定义的。 求解该表达式给出存储在点电荷分布中的能量。
假设封闭在一定体积内的连续电荷分布配置中的无穷小电荷元素。 体积电荷密度与…