Question

电场能量密度

Answer 1

电场能量密度简介如下：

电场能量密度即单位体积内的电场能量。静电场的能量是静电场的一个重要特征，对于静电场的能量，一般电磁学教材在讲述这一基本概念时，利用电容器的储能来说明能量定域在电场中，电场中的电介质要受到电场力的作用。

静电学中的能量：

有些教材讲该结论适合一切电场。平行板电容器的电场只是无数电场中的一个特例,用该场推导的结论不一定具有普遍性，所以有学者又用其他方法推导公式来验证此结论。下面首先对静电场中的一些能量公式进行分析对比,指出静电能是电势能、自能或固有能、相互作用能的统称, 静电场的能量就是激发静电场的带电体系总的静电能。

用电力线管推导电场能量及其能量密度：

从带电体系的总静电能出发,导出带电体系的静电场能量,进而得到静电场的能量密度。设有m 个电荷连续分布的带电体构成带电体系。导体1的电荷为Q1，导体2的电荷为Q2..导体m的电荷为Qm。设想电场空间的电力线由无限多电力线管构成,每一个电力线管在导体表面上的面积为ds。

对于任意考察的电力线管L,E·ds为一定值,等于通过电力线管截面的电通量。其中E是电力线管中各点的电场强度,ds为场强E所在点的电力线管的截面积,ds指向电力线方向。对于连接导体j和导体k的任意电力线管L，sj沿电力线方向,dsk与电力线方向相反。

运用元电容概念分析：

在任意自由空间中的静电场可用电通量管来描述电场的结构，每个电通量管内电通量线的根数是固定的，整个空间是由无穷个小点通量馆组成的。

可假想每个电通量管是无数个理想平行板电容器即元电容串联的集合。由于空间不存在自由电荷，可假设通量管中元电容极板的每个平板在它两个面上有相等而符号相反的电荷，因而在电通量管中不存在净电荷。