
【化】 electrostatic energy
靜電能(Electrostatic Energy)是電荷系統由于靜電相互作用而儲存的能量。根據經典電磁學理論,其定義為靜止電荷在電場中因位置分布或電勢差而具有的勢能,屬于電勢能的一種形式。
在漢英詞典中,該術語對應英文“Electrostatic Energy”,其核心公式可表達為: $$ U = frac{1}{2} sum_{i eq j} frac{q_i q_j}{4pivarepsilon0 r{ij}} $$ 其中$q_i$、$qj$為點電荷量,$r{ij}$為電荷間距,$varepsilon_0$為真空介電常數。對于連續電荷分布,公式可改寫為$U = frac{1}{2} varepsilon_0 int E dV$。
實際應用中,靜電能概念廣泛存在于:
權威文獻如《費曼物理學講義》第二卷(Feynman Lectures on Physics Vol.II)第8章及麻省理工學院《電磁學導論》公開課程(MIT 8.02 Electricity & Magnetism)均對此有系統論述。美國國家标準與技術研究院(NIST)發布的電磁學量綱手冊中,将靜電能列為國際單位制(SI)的标準導出量。
靜電能是靜電學中描述帶電體系儲存能量的概念,具體含義及要點如下:
靜電能指帶電體系在靜電場中儲存的能量,由電荷之間的相互作用産生。它完全以電勢能形式存在,是系統在形成過程中外力克服電場力做功所積累的能量。
自能
單個帶電體自身各部分電荷間的相互作用能。例如,将電荷從無限分散狀态聚集到物體上時,外力需克服電荷間的排斥力做功,這部分能量即自能。
互能
多個帶電體之間的相互作用能。例如,将兩個帶電體從無限遠處移動到當前位置時,外力需克服它們之間的電場力所做的功,即為互能。
靜電能可通過以下公式表達:
$$
E_{text{靜}} = frac{1}{2}QU = frac{1}{2}CU = frac{Q}{2C}
$$
其中 ( Q ) 為電荷量,( U ) 為電壓,( C ) 為電容器的電容。
適用條件:該公式適用于電容器這類電荷分布均勻的體系,不適用于點電荷(點電荷自能為無窮大,通常不考慮)。
通過綜合多個來源的定義與公式,靜電能的核心可概括為帶電體系因其電荷靜止分布而具有的勢能總和,包含自身和相互作用的能量部分。
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