Номер 7, страница 174 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 6. Электрические явления. Параграф 43. Понятие об электрическом поле. Вопросы для самопроверки - номер 7, страница 174.

Условие.

7. Как вы объясните утверждение о том, что электрическое поле обладает энергией?

Решение.

Утверждение о том, что электрическое поле обладает энергией, основано на его способности совершать работу. Энергия по определению — это физическая величина, характеризующая способность тела или системы совершать работу. Электрическое поле полностью соответствует этому определению, что можно объяснить следующими положениями.

1. Совершение работы над зарядами. Электрическое поле действует на помещенный в него электрический заряд $\text{q}$ с силой $\vec{F} = q\vec{E}$. Если под действием этой силы заряд перемещается, поле совершает работу, которая приводит к изменению кинетической энергии заряда. Например, свободный заряд, помещенный в поле, начнет двигаться с ускорением, и его кинетическая энергия будет расти. Согласно закону сохранения энергии, эта приобретаемая зарядом энергия берется из энергии самого электрического поля. Таким образом, способность поля разгонять заряды является прямым доказательством наличия у поля энергии.

2. Энергия, затрачиваемая на создание поля. Чтобы создать электрическое поле, необходимо совершить работу по разделению или перемещению зарядов. Классический пример — зарядка конденсатора. Чтобы перенести заряд с одной обкладки на другую, нужно совершить работу против сил электростатического взаимодействия. Эта затраченная работа не исчезает, а запасается в виде потенциальной энергии. Современная физика рассматривает эту энергию как энергию, локализованную непосредственно в созданном электрическом поле в пространстве между обкладками. Энергия заряженного конденсатора, вычисляемая по формуле $W = \frac{CU^2}{2}$, — это и есть энергия его электрического поля. При разрядке конденсатора эта энергия может быть преобразована в другие виды, например, в теплоту или свет.

3. Плотность энергии поля. Энергия электрического поля распределена в пространстве, где это поле существует. Существует понятие объемной плотности энергии, то есть энергии, приходящейся на единицу объема. Для электрического поля эта величина равна $w_e = \frac{\epsilon_0 \epsilon E^2}{2}$, где $\text{E}$ — напряженность электрического поля, $\epsilon_0$ — электрическая постоянная, а $\epsilon$ — диэлектрическая проницаемость среды. Эта формула показывает, что любая область пространства, в которой существует ненулевое электрическое поле, содержит в себе энергию.

Таким образом, способность электрического поля совершать работу, а также тот факт, что для его создания требуется затратить энергию, которая затем запасается в самом поле, и являются объяснением утверждения, что электрическое поле обладает энергией.

Ответ: Утверждение о том, что электрическое поле обладает энергией, объясняется его способностью совершать работу над электрическими зарядами, изменяя их энергию. Для создания самого поля также необходимо совершить работу, которая запасается в виде энергии поля. Эта энергия может быть преобразована в другие формы (кинетическую, тепловую, световую), что подтверждается, например, при разрядке конденсатора. Энергия поля распределена в пространстве с определенной объемной плотностью, пропорциональной квадрату напряженности поля.