电能是什么?它是靠电流输送的吗?也许你全错了!( 三 )


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 。
考虑最简单的均匀电场 , 它可通过平行板电容器获得 。 类比上述挖坑过程 , 设某次充电,此时电容器的电压为 , 则外力在此次充电时做功为 。
若将充电过程中外力反抗电场力所做功累计起来 , 就是获得的电能 , 即设最后电压为 , 设电容器电容为 , 设每一次充电无限小 , 则上式为根据电容定义 , 即根据平行板电容器的电容表达式考虑到及 , 可知这说明 , 单位体积内电场的能量 , 即能量密度为对于电路 , 由于电流的磁效应 , 还有磁场 , 磁场能量密度与电场能量密度是类似的 , 即
其中是磁场强度 , 为介质磁导率 。 所以得电磁场能量密度就是
此式对一切电磁场都适用 。 因此 , 只要知道电磁场的分布情况 , 将其对空间积分 , 就得到电磁场能量的值 。
讲到这里 , 有人会有这样的疑问:电池里面储存的是电能吗?如果是 , 也是存在于电池内外空间中吗?
这其实涉及电能的另一个问题:电能是如何被存储的?