Номер 19, страница 40, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 15. Электрическое поле - номер 19, страница 40.

Условие.

19. Опишите опыт, указывающий на то, что электрическое поле обладает энергией.

Решение.

Решение

Чтобы экспериментально доказать, что электрическое поле обладает энергией, необходимо показать, что оно может совершить работу. Классическим примером является опыт с зарядкой и разрядкой конденсатора.

Для проведения опыта понадобится конденсатор достаточно большой ёмкости, источник постоянного тока (например, батарея), лампочка накаливания, рассчитанная на напряжение источника, и соединительные провода с переключателем.

Сначала собирают цепь для зарядки конденсатора, последовательно соединяя источник тока, переключатель и конденсатор. При замыкании цепи источник тока совершает работу по перемещению электрических зарядов на обкладки конденсатора. В пространстве между обкладками создаётся электрическое поле. Совершённая работа запасается в виде потенциальной энергии этого поля.

После полной зарядки конденсатор отключают от источника. Затем заряженный конденсатор подключают к лампочке накаливания. В этот момент наблюдается кратковременная вспышка света от лампочки. Лампочка горит, пока конденсатор разряжается, и гаснет, когда разрядка завершается.

Эта вспышка доказывает, что электрическое поле совершило работу: оно заставило электрические заряды двигаться по цепи (создало ток), в результате чего в нити накала лампы выделилась энергия в виде тепла и света. Поскольку работа была совершена, это означает, что система, её совершившая (электрическое поле), обладала запасом энергии.

Таким образом, энергия, запасённая в электрическом поле, была преобразована в другие виды энергии (световую и тепловую), что и демонстрирует энергетические свойства поля. Энергия $\text{W}$, запасённая в конденсаторе, прямо пропорциональна квадрату напряжения $\text{U}$ на его обкладках и его ёмкости $\text{C}$: $W = \frac{C U^2}{2}$. Эта энергия сосредоточена в объёме диэлектрика между обкладками, где существует электрическое поле. Объёмная плотность энергии электрического поля определяется его напряжённостью $\text{E}$ по формуле: $w = \frac{\varepsilon_0 \varepsilon E^2}{2}$.

Ответ: Опыт, указывающий на наличие энергии у электрического поля, заключается в зарядке конденсатора и его последующей разрядке через потребитель энергии, например, лампочку. При разрядке лампочка вспыхивает, что означает совершение работы электрическим полем по перемещению зарядов. Превращение запасённой в поле энергии в световую и тепловую доказывает, что электрическое поле обладает энергией.