Инструкция
1
Откройте главу «Электричество» в учебнике по физике. Первое, с чего начинается рассмотрение электрических явлений – это заряд. Заряд является источником электрического поля. А разноименные заряды, расположенные на некотором расстоянии друг от друга являются источником напряжения, изменение которого здесь рассматривается. Итак, напряжение – это разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Потенциал же электрического поля - это напряженность электрического поля, умноженная на расстояние от заряда-источника данного поля до данной точки.
2
Таким образом, потенциал электрического поля заряда прямо пропорционален заряду, создающему данное поле, и обратно пропорционален расстоянию от точки рассмотрения до самого заряда. Стоит заметить, что в данном случае все рассматривается для модели точечного заряда. Разнося заряды на большие расстояния друг от друга, можно уменьшить энергию взаимодействия данных зарядов. Но действуя таким образом, фактически уменьшается разность потенциалов между зарядами, то есть напряжение. Значит, при уменьшении напряжения уменьшается и энергия взаимодействия зарядов.
3
Чтобы понять, какова точная зависимость энергии электрического поля от напряжения, загляните в пункт «Электрическая емкость» главы «Электричество» учебника физики. Явная связь энергии поля с напряжением дается именно в контексте рассмотрения электрического поля заряженных плоскопараллельных пластин. Такие пластины формируют электрическое поле, которое вы можете изобразить горизонтальными лучами, направленными от одной пластины к другой. Энергия такого поля, запасенная конденсатором, зависит от параметра емкости конденсатора, а также от напряжения, подаваемого на конденсатор. Причем данная энергия квадратично зависит от напряжения на конденсаторе. Таким образом, увеличивая напряжение, можно в еще большей степени увеличить энергию поля.
4
Обратите внимание, что нередко, говоря о взаимосвязи энергии с напряжением, подразумевают энергию, рассеиваемую на резистивном элементе, то есть тепловую энергию. Из закона Джоуля-Ленца известно, что данная энергия прямо пропорциональна напряжению на элементе, силе тока, проходящего через элемент, и времени, за которое данная энергия рассеивается. Применяя закон Ома и подставляя из него значение силы тока в выражение для энергии, можно получить, что тепловая энергия равна отношению произведения квадрата напряжения на элементе на время к сопротивлению резистивного элемента. Таким образом, вновь можно видеть, что при уменьшении напряжения на элементе, скажем, вдвое энергия уменьшится в четыре раза.