类似的 , 在不断的搬运电荷的过程中 , 你也不断做功 , 直到你最终获得一个宏观带电体 , 你所付出的全部做功之和被转换为一种能量 。
所以 , 当你获得一个带电体时 , 你也就获得了一份能量 。
那么这个能量是什么呢?换句话说 , 这个能量是以什么形式存在呢?
堆沙时 , 移动沙作的功变成沙的重力势能 。 类似的 , 搬电荷也会造成一种势能的积累 , 它就是电势能 。
相隔一定距离的电荷 , 都处于对方形成的电场的势力范围中 , 或吸引或排斥 。 但却因为某种阻隔 , 无法无限靠近或远离 。 保留进一步靠近或远离的趋势和潜力——引而不发 , 就像射雕大侠手中的弯弓一样 , 形成彼此之间共有的一种潜在的能量 , 此乃电势能是也 。
所以 , 从物理上说 , 电能的本质就是电势能 。
那么 , 说来说去 , 作为电能本质的电势能 , 到底存在于哪里呢?
有人说 , 势能是作用双方共有的 , 但这样说还不够明确!
现代物理学认为 , 势能是场的能量 。 场的能量与动能不同 , 它不是被一个运动的粒子所携带的 , 而是处于粒子周围的空间中 。
这其实是场的观点所带来的最深刻的物理思想的变革——能量存在于空间中 , 而非物体上 。 而实际上 , 不光电势能如此 , 重力势能也是如此 , 所有的势能都是如此 。
当你剪断悬挂重物的的绳子 , 物体的势能将被释放 , 产生能量转化 。 实际上 , 墙上的插座打开时 , 类似的事情也发生了:被蓄于插座内的能量就被放行了 。
其实 , 只有这种引而不发的能量才可以收放自如 , 如果电能本质上是动能 , 那岂能靠一个开关就能管得住那千千万万个活蹦乱跳的载流子儿?
一个高温物体 , 它要散热 , 不要说什么开关 , 就算是用毛毯包起来 , 你都很难阻止它的能量流出 , 因为热能本质上真的就是微观粒子的动能 。
你现在明白了 , 那些带电粒子的体系所具有的电能 , 并不在粒子自身上 , 而是粒子的身外之物 , 它在粒子的周围空间中 。 它并不会随着载流子的运动而被同步输送 。 但它会随着电场的建立而扩展到所能到达的全部空间 。
如果电荷是静止的 , 则只有电场 , 只有电场能 。 但若是运动的电荷或电流 , 还会有磁场!因此更安全的说法是电磁场 , 电能包含电场能量和磁场能量 。
电场的能量存在于电场的空间中 , 它应该可以用电场的量来表示 。 没错 , 单位空间体积内电场能量为 其中为电场强度 ,为介质电容率 。 对此式 , 下面浅色字体部分给出了一个简短的推理过程 , 不感兴趣可以跳过 。
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