Номер 12.6, страница 61 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 12. Электрическое поле - номер 12.6, страница 61.

Условие.

12.6. Какие опыты указывают на то, что электрическое поле обладает энергией?

Решение.

На то, что электрическое поле обладает энергией, указывает ряд экспериментов, в которых наблюдается совершение работы за счет поля или превращение его энергии в другие виды.

Один из ключевых опытов — это наблюдение за движением заряженного тела в электрическом поле. Когда заряд $\text{q}$ попадает в поле с напряженностью $\text{E}$, на него начинает действовать сила $F = qE$. Если тело может свободно двигаться, эта сила совершает работу, сообщая телу кинетическую энергию. По закону сохранения энергии, увеличение кинетической энергии тела должно происходить за счет уменьшения другого вида энергии. В данном случае это и есть энергия электрического поля. Простейший пример — притяжение легких незаряженных предметов (кусочков бумаги) к наэлектризованной палочке. Более сложный пример — работа ускорителей заряженных частиц, где электрическое поле разгоняет частицы до огромных скоростей, передавая им кинетическую энергию.

Другим убедительным доказательством является опыт с конденсатором. Чтобы зарядить конденсатор, необходимо совершить работу по перемещению зарядов между его обкладками, создавая между ними электрическое поле. Эта работа не исчезает, а запасается в виде потенциальной энергии электрического поля конденсатора. Величина этой энергии определяется формулой $W = \frac{qU}{2} = \frac{CU^2}{2}$, где $\text{C}$ — емкость, а $\text{U}$ — напряжение. То, что эта энергия реальна, легко продемонстрировать, разрядив конденсатор. Если замкнуть обкладки заряженного конденсатора через электрическую лампочку, она на мгновение вспыхнет. Это означает, что энергия, запасенная в электрическом поле, превратилась в световую и тепловую. Если разрядить конденсатор через катушку с железным сердечником (создав электромагнит), он сможет притянуть к себе металлические предметы, то есть энергия электрического поля превратится в энергию магнитного поля, которая совершит механическую работу.

Также о наличии энергии свидетельствует тот факт, что обкладки заряженного конденсатора притягиваются друг к другу. Если освободить одну из обкладок, она начнет двигаться под действием сил поля. Это означает, что электрическое поле совершает механическую работу, которая выполняется за счет уменьшения энергии самого поля.

Ответ:
На наличие энергии у электрического поля указывают опыты, в которых оно совершает работу или его энергия преобразуется в другие виды. Ключевыми примерами являются:
1. Ускорение заряженных частиц в поле, при котором энергия поля переходит в кинетическую энергию частиц.
2. Разрядка заряженного конденсатора через потребитель (например, лампочку или электродвигатель), при которой запасенная в поле энергия преобразуется в световую, тепловую или механическую энергию.
3. Притяжение пластин заряженного конденсатора, демонстрирующее способность поля совершать механическую работу.