靜電位能

點電荷

對電荷體密度為

靜電勢能是標(biāo)量，它的值與零電勢點的選取有關(guān)，由靜電勢能可計算電荷或電荷系統(tǒng)（如電偶極子）所受的力和力矩。

國際單位制中，電勢能的單位就是一般能量的單位，即焦耳，符號為

還有一種常用的能量單位名稱為電子伏，符號為

由于靜電場是保守場，也即在靜電場中移動電荷時，靜電場力作功與路徑無關(guān)，所以任一電荷在靜電場中都具有勢能，這勢能叫靜電位能（或靜電勢能）。

在力學(xué)中，重力是保力勢能的概念；彈性力是保守力，可以引入彈性勢能；由于靜電場也是保守場，所以在研究靜電力做功時，也可以引入相應(yīng)的靜電勢能（簡稱電勢能）的概念。

針對局地環(huán)流能量轉(zhuǎn)換問題，該工作系列討論擾動位能理論及其應(yīng)用。提出了擾動位能的新概念，將其分解為大氣擾動位能(簡稱擾動位能)和表面擾動位能兩個部分，給出了擾動位能各階矩項的數(shù)學(xué)表達形式，結(jié)合資料指出二階以上的擾動位能高階矩項相對于其一階矩項和二階矩項來說是小量，并指出擾動位能二階矩項的全球平均恰好等于傳統(tǒng)的有效位能，但兩者在物理意義上明顯不同。

位能擾動位能的季節(jié)變化

擾動位能有明顯的季節(jié)變化。從冬季和夏季帶面積加權(quán)的整層大氣擾動位能一階矩項、二階矩項及它們總和的垂直平均的全球分布?？芍獰o論是擾動位能的一階矩項、二階矩項還是它們的總和都是冬半球的分布與年平均的情形相似。

與年平均情況一樣，擾動位能的冬夏分布形勢和變化與擾動位能一階矩項的相似。從冬夏擾動位能的差可以較好地反映其年變化。在熱帶地區(qū)，由于太陽輻射變化不大而整層大氣擾動位能的一階矩項、二階矩項以及擾動位能本身的年變化較小，這些量的年變化在陸地上比在海洋上要大。擾動位能的一階矩項和擾動位能由冬到夏在北半球基本上是增大(除了北半球熱帶地區(qū))，而在南半球則相反，增大和減弱最顯著的地區(qū)分別位于大陸的上空。

南、北半球和全球平均的整層大氣擾動位能的季節(jié)變化，可見半球平均的整層大氣擾動位能的季節(jié)變化是顯著的，但全球平均的季節(jié)變化很小，基本穩(wěn)定。對于一階矩項，北半球平均值夏季最大，冬季最小，南半球平均值正好相反，它們季節(jié)變化的幅度約為70×10⁶J。對于二階矩項，南、北半球平均值的變化與一階矩項的相反，其季節(jié)變化的幅度約為3.5×10⁶J，約是一階矩項的二十分之一。為了維持平衡，存在著平均一階矩項從冬半球向夏半球、平均二階矩項從夏半球向冬半球的越赤道輸送。

位能擾動位能與動能之間的聯(lián)系

南、北半球和全球平均的整層大氣總動能的季節(jié)變化與擾動位能二階矩項的變化情況極為相似，似乎呈一固定的比例。這一點可以通過提供的南半球、北半球和全球平均的整層大氣總動能和擾動位能二階矩項的比值得到反映，對于全球平均而言，它們的比值較半球尺度情況更穩(wěn)定，平均而言約為20%,說明從全球尺度上大氣總動能的季節(jié)變化與擾動位能二階矩項的關(guān)系密切。但從區(qū)域尺度或局地上看，兩者之間的關(guān)系不明確，年平均整層大氣總動能與擾動位能的二階矩項之比的分布，可以看出一些急流區(qū)和季風(fēng)區(qū)內(nèi)的情況，同時，可見有些地區(qū)大氣動能比擾動位能二階矩項的數(shù)值還大不少，特別是在南北兩半球副熱帶急流區(qū)，而且在這些地區(qū)在不同的季節(jié)大氣動能比擾動位能二階矩項甚至大80～100倍以上，表明在區(qū)域或局地的尺度，擾動位能二階矩項并不能代表全位能中可以釋放的那一部分(即全位能變?yōu)閯幽艿牟糠?。然而，大氣動能卻與擾動位能一階矩項的關(guān)系密切，兩者呈現(xiàn)非常清楚的反向變化關(guān)系，其實對于任何局地上的情況都是如此，這種結(jié)果是符合能量學(xué)觀點的，說明擾動位能對于局地環(huán)流動能維持的重要性。

彈性理論中的最小位能原理是用應(yīng)變變分表示的彈性力學(xué)變分原理。

對于給定的彈性體，真實發(fā)生的位移使體系總位能的一次變分為零。記位移為u=(u₁,u₂,u₃)，應(yīng)變?yōu)?section class="formula-container formula-container__blockcenter"> 應(yīng)力為σ_ij，體積力密度為F=(F₁,F₂,F₃)，表面力密度為P=(P₁,P₂,P₃)，體系總位能為

以位移變分表示位能的變分，則有

勢場又稱保守力場這些力都稱為保守力，保守力的特點是它對物體或電荷做功的大小，只和物體或電荷的始點和終點的位置有關(guān)，而和所循的途徑無關(guān)。即當(dāng)始、終點固定時，循直線或循很復(fù)雜的曲線，保守力所作的功相同；循任意曲線回旋一周，保守力作功為零，物體或電荷恢復(fù)原來的能量狀態(tài)，因此機械能守恒，并因此可用勢能的變化來描述保守力作功的大小。非保守力也稱耗散力，如摩擦力和粘性力等，其作功大小不僅和起、終點有關(guān)，也和所循途徑有關(guān)，循曲線回旋一周，不能恢復(fù)原來的能量狀態(tài)，即機械能有所損失或有所增加，存在機械能和其他能量的轉(zhuǎn)換。分析質(zhì)點在勢場中的運動時，經(jīng)常用到勢能、動能的轉(zhuǎn)換，因此勢能是動力學(xué)中的一個重要概念。重力勢能是物體因為重力作用而擁有的能量,公式為EP=mg△h)