作者condensed (我的冒险生活)
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标题Re: [问题] 平行板电容作功问题
时间Sat Apr 7 00:41:02 2012
两种做法是等价的,只是一般大学textbook比较少去厘清这个细节。
可以参考Griffiths静电学单元。
原则上,我们最初是从库伦定律出发,计算的结果就是(2)采取的。
(当然最原PO的分析细节要做一些修正,容後叙述。)
之後,我们可以推导出直接从电场分布来计算系统总能,此即(1)的做法。
所以一般来说,这两种方式等价,计算出的结果当然也要一样,
前提是在处理过程中,不能出错。
※ 引述《TDOJ (TDOJ)》之铭言:
: 标题: Re: [问题] 平行板电容作功问题
: 时间: Fri Apr 6 23:06:18 2012
:
: ※ 引述《TRobinson (Robinson)》之铭言:
: : 请问一下版上的朋友们
: : 假如一平行板电容 电荷数固定 把它们从x1的距离分开到x2所作的功?
: : 我的作法:
: : 1.用电容的能量来算 原本的能量 Q^2/2C1 经由作功後变为 Q^2/2C1
: : 相减即为手作的功==Q^2/εA(x2-x1)*1/2
: : 2.但用W=F*S来算结果却不同了,电场= Q/εA(平行板面积)
: : W=E*Q*delta x =Q^2/εA(x2-x1)
: : 两个算出来的答案不一样 请问为什麽呢? 感谢!!
这里的关键在於,当你要考虑库伦力的时候,是以电荷乘上该处电场的。
Q/(εA) 却是正负电荷在电容间电场的耦合,不代表平行板正电荷所在处的电场。
因为该处正电荷,不会对自己所在的位置提供净电场的贡献。
(否则,一个带电粒子本身岂不是会因为被自身提供的净电场作用而加速吗?)
因此你只能计算负电荷提供的电场,因此是 (1/2)Q/(εA)。
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: 推 xgcj:2的电场是对方的 所以是一半 04/03 14:23
: → xgcj:单ㄧ平板电厂是1/2
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: 我以前做普物习题时也觉得这应该是正确的解释
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: 不过後来发现这样说会有问题
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: 因为在计算其中一块平行板的受力的时候(用2.的算法)
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: 该平行板自己产生的电场只会造成内力
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: 然後内力会抵销,所以无论用两块平行板造成的电场来算,还是用一块的来算
:
: 结果应该都会一样才对,但是在这个问题算出来却很明显不一样
就算用(2)的做法,只过程没出错,结论就会是一样的。
关键在於,不能误把"某电荷发出的电力线与该电荷自身的作用"也计算进去。
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: 其实2.算错的原因是因为把Q/εA当作整个平行板受到的电场
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: 而忘记了平行板其实是有厚度的
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: 若考虑平行板的厚度
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: 然後平行板中的电场是由Q/εA线性的下降到0,故平行板中的平均电场是Q/2εA
:
: 所以平行板受到的力就是Q^2/2εA,这才是1/2的的来由
考虑厚度也只是为了方便理解做出来的模型罢了,
不见得是比较自然或必要的做法。
因为静电场和静磁场不同之处就在於,静电场不是封闭的。
所以他会中断,也因此有考虑净电荷的地方,就会存在电场的"不连续面"。
在平行板电容的例子里,恰巧正电荷的外部,一面是E,一面是0。
这是基於正负电荷提供的电场耦合的结果。
可是在正电荷本身所在之处,因为只能考虑负电荷提供的电场,
所以恰巧为(1/2)E。
所以你也可以说,这和是否考虑厚度,本质上无关的。
考虑厚度只是便於理解或教学,但是不会影响分析上的本质。
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: ◆ From: 118.169.217.72
: → TDOJ:可以参考费曼讲义II的8-2 04/06 23:07
: 推 xgcj:YES!U R RIGHT 04/06 23:09
: → chungweitw:I don't see the difference. :p 04/06 23:11
: → xgcj:不过说真的 理想的平形板不用考虑厚度 04/06 23:15
: → TDOJ:有一些东西是近似不掉的XD 04/06 23:21
: → chungweitw:Why not? The force one plate comes from the other 04/06 23:25
: → chungweitw:plate. 04/06 23:25
: → chungweitw: ^ on 04/06 23:25
: → chungweitw:so it's just Q/2εA 04/06 23:26
: → spencer90235:没差吧 系统选不一样而已 一个是两平板 一个是总电场 04/06 23:47
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