Mật độ năng lượng điện trường

Mật độ là năng lượng trên một đơn vị thể tích. Trong chân không, $u={\epsilon }_0{E}^2/2$. Trong tuyến tính đẳng hướng, $u=\epsilon E^2/2$ với E là trường thực trong vật liệu. Đơn vị là $\mathrm{J}/{\mathrm{m}}^3$.

Lĩnh vực: Cơ học, nhiệt, điện từ và lượng tử

Định nghĩa trên trang này được dùng trong lĩnh vực vừa nêu. Một từ giống nhau ở môn khác có thể mang nghĩa khác.

Bài giảng dùng khái niệm này

• Điện dung và điện môiVật lý 2
• Điện cảmVật lý 2

Giải thích kỹ thuật

Đối với tụ phẳng chân không, gần đều trong thể tích Ad. Từ và điện áp:

$$\begin{array}{rl}U& =\frac{1}{2}C{V}^2,\\ C& =\frac{{\epsilon }_{0}A}{d},\\ V& =Ed,\\ U& =\frac{1}{2}{\epsilon }_0{E}^{2}Ad.\end{array}$$

Chia cho thể tích cho u = ε₀E²/2. Với trường không đều, chia vùng thành các thể tích nhỏ rồi cộng của chúng:

$$U={\int }_{\mathcal{V}}ud\mathcal{V}.$$

Trong tuyến tính đẳng hướng, dùng u = εE²/2. Cùng một Q trên tụ phẳng cô lập, tăng ε làm trường yếu đi và giảm. Cùng một V do nguồn giữ cố định, trường giữ nguyên nhưng mật độ năng lượng và tổng năng lượng tăng theo ε.

trường là cách diễn tả đã dùng cho hệ . Không cộng nó thêm một lần nữa vào thế năng hoặc năng lượng tụ.

Ví dụ

100 kV/m trong chân không có mật độ khoảng $0.0443\mathrm{J}/{\mathrm{m}}^3$. Đây là mật độ, chưa phải tổng năng lượng của cả vùng trường.

Khi nào cần dùng?

Tính của trường đều hoặc không đều bằng theo thể tích.

Câu hỏi ôn lại

Có cộng với $Q^2/(2C)$ để có năng lượng toàn tụ không?

Xem đáp án

Không. mật độ trường và $Q^2/(2C)$ là hai cách tính cùng một của tụ lý tưởng.

Thuật ngữ liên quan

• Điện trường
• Điện dung
• Độ điện thẩm
• Công & năng lượng

Tài liệu tham khảo

Young & Freedman, University Physics with Modern Physics, ấn bản 15, chương 24, trang 781–802.