Номер 1, страница 345 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Основы электродинамики. Глава 12. Разность потенциалов. Энергия электростатического поля. Параграф 63. Энергия электростатического поля. Вопросы - номер 1, страница 345.

Условие.

1. С какой физической величиной, характеризующей электростатическое поле, связана энергия электростатического поля плоского заряженного конденсатора?

Решение.

Энергия электростатического поля плоского заряженного конденсатора связана с физическими величинами, которые характеризуют само это поле. Такими величинами являются напряженность электрического поля и разность потенциалов (напряжение).

1. Напряженность электрического поля ($\text{E}$). Энергия запасается непосредственно в электрическом поле, существующем в пространстве между обкладками конденсатора. Плотность энергии поля (энергия, приходящаяся на единицу объема) $w_e$ напрямую зависит от напряженности поля $\text{E}$:

$w_e = \frac{\epsilon_0 \epsilon E^2}{2}$

где $\epsilon_0$ — электрическая постоянная, $\epsilon$ — диэлектрическая проницаемость среды между обкладками. Полная энергия $\text{W}$ конденсатора равна произведению плотности энергии на объем поля $\text{V}$ между обкладками ($W = w_e \cdot V$). Таким образом, энергия поля определяется его фундаментальной силовой характеристикой — напряженностью.

2. Разность потенциалов (напряжение) ($\text{U}$). Энергия конденсатора также выражается через интегральную, энергетическую характеристику поля — разность потенциалов или напряжение $\text{U}$ между обкладками. Это видно из классических формул:

$W = \frac{CU^2}{2} = \frac{qU}{2}$

где $\text{C}$ — электроемкость конденсатора, а $\text{q}$ — его заряд. Сама разность потенциалов для однородного поля в плоском конденсаторе связана с напряженностью соотношением $U = E \cdot d$, где $\text{d}$ — расстояние между обкладками.

Таким образом, энергия электростатического поля связана как с напряженностью, так и с напряжением, причем напряженность является более фундаментальной, локальной характеристикой поля, в то время как напряжение — это интегральная характеристика.

Ответ: Энергия электростатического поля плоского заряженного конденсатора связана с напряженностью электрического поля ($\text{E}$) и с разностью потенциалов (напряжением) ($\text{U}$) между его обкладками.