§ 9а. Энергия электрического поля.
Выше было показано, что законы электростатики согласуются с наглядными представлениями о передаче электрических сил посредством натяжений, имеющихся всюду, где есть поле. Но где существуют натяжения, там должна быть запасена потенциальная энергия, плотность которой мы сейчас и вычислим. Для этого рассмотрим бесконечно малый дискообразный элемент объема с основаниями, совпадающими с эквипотенциальвыми поверхностями. В силу достаточной малости объема эти основания можно считать плоскими и параллельными друг другу, а поле между ними — однородным полем бесковечно малого плоского конденсатора. Пусть
толщина диска,
единичный вектор нормали к его
поверхности
Тогда разность потенциалов между основаниями будет равна
а заряд на основании, имеющем площадь
равен
Учитывая, что объем конденсатора
из формулы (2.15) для энергии получим
И для плотности энергии электрического поля окончательно имеем
В изотропном диэлектрике
и
В кристаллическом диэлектрике, согласно соотношению (1.56),
или, если оси координат совпадают с направлением электрических осей кристалла [см. выражение (1.57)],