24.13
Stellen Sie sich eine kontinuierliche Ladungsverteilung vor, die in einem Volumen eingeschlossen ist. Die Gesamtladung innerhalb eines infinitesimalen Ladungselements kann in Bezug auf die Volumenladungsdichte geschrieben werden.
Die in dieser Konfiguration der kontinuierlichen Ladungsverteilung geleistete Arbeit bzw. gespeicherte Energie ergibt sich aus der Integration der Volumenladungsdichte und des entsprechenden Potentials.
Unter Verwendung des Gaußschen Gesetzes und unter Anwendung der Produktregel wird die Gleichung in Bezug auf das elektrische Feld umgeschrieben.
Durch Anwendung des Divergenzsatzes und Ersetzen des Potentialgradienten durch das elektrische Feld wird die gespeicherte Energie als Summe der Oberflächen- und Volumenintegrale ausgedrückt.
Selbst wenn das Integrationsvolumen erweitert wird, bleibt der Fluss über eine große Entfernung gleich, da die Ladungsdichte im zusätzlichen Volumen Null ist. Das Oberflächenintegral nimmt jedoch umgekehrt mit dem Abstand ab, wodurch das Volumenintegral vergrößert wird, um die Gesamtenergie zu erhalten.
Wenn man schließlich den gesamten Raum integriert, wird das Oberflächenintegral auf Null gesetzt, was bedeutet, dass die gesamte gespeicherte Energie ausschließlich aus der Größe des elektrischen Feldes berechnet werden kann.
Die verrichtete Arbeit, um eine Ladung über eine Entfernung r zu bewegen, wird durch die Potentialdifferenz zwischen der Anfangs- und Endposition gege…
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