Энергия системы зарядов равна сумме потенциальных энергий взаимодействия зарядов \[ W = \frac{{{q_1}{q_2}}}{{4\pi \varepsilon {\varepsilon _0}r}} \]
В данном случае – все заряды одинаковые и находятся на равных расстояниях r = 0,04 м друг от друга, следовательно \[ W = 4 \cdot \frac{{{q^2}}}{{4\pi \varepsilon {\varepsilon _0}r}} = 4 \cdot \frac{{{{\left( {2,3 \cdot {{10}^{ - 6}}} \right)}^2}}}{{4\pi \cdot 3 \cdot 8,85 \cdot {{10}^{ - 12}} \cdot 0,04}} = 0,7. \]
Смысл знака потенциальной энергии взаимодействия: если принять потенциальную энергию равной нулю в бесконечности, то при отталкивании зарядов одного знака электрическое поле совершит положительную работу, то есть система способна совершить работу, поэтому ее энергия положительна и уменьшится до нуля при удалении зарядов в бесконечность.
Если заряды противоположных знаков, то они притягиваются, и для того, чтобы уменьшить энергию системы до нуля, то есть развести заряды на бесконечно большое расстояние, положительную работу должны совершать внешние силы, а энергия системы должна возрастать – следовательно она отрицательна и возрастет до нуля под действием внешних сил.
Ответ: 0,7 Дж.
