Induktiv energi

Energin hos induktorn (W) är energin i det magnetiska fältet som genereras av den elektriska ström I som flyter genom tråden i denna spole. Den huvudsakliga egenskapen hos spolen är dess induktans L, det vill säga förmågan att skapa ett magnetfält när en elektrisk ström passerar genom dess ledare. Varje spole har sin egen induktans och form, därför kommer magnetfältet för varje spole att skilja sig åt i storlek och riktning, även om strömmen kan vara exakt densamma.

Beroende på geometrin hos en viss spole, på de magnetiska egenskaperna hos mediet inuti och runt den, kommer magnetfältet som skapas av den överförda strömmen vid varje betraktad punkt att ha en viss induktion B, såväl som storleken på det magnetiska flödet Ф - kommer också att fastställas för vart och ett av de övervägda områdena S.

Om vi ​​försöker förklara det helt enkelt, visar induktionen intensiteten av den magnetiska verkan (relaterad med amperens effekt), som är kapabel att utöva ett givet magnetfält på en strömförande ledare placerad i det fältet, och det magnetiska flödet betyder hur den magnetiska induktionen fördelas över den aktuella ytan.Energin hos spolens magnetiska fält med strömmen är alltså inte lokaliserad direkt i spolens varv, utan i volymen av det utrymme där magnetfältet finns, vilket är associerat med spolströmmen.

Det faktum att magnetfältet i den aktuella spolen har verklig energi kan upptäckas experimentellt. Låt oss sätta ihop en krets där vi ansluter en glödlampa parallellt med en spole av järnkärna. Låt oss applicera en konstant spänning från en strömkälla till glödlampsspolen. En ström kommer omedelbart att etableras i belastningskretsen, den kommer att flyta genom glödlampan och genom spolen. Strömmen genom glödlampan kommer att vara omvänt proportionell mot resistansen hos dess glödtråd, och strömmen genom spolen kommer att vara omvänt proportionell mot resistansen hos tråden med vilken den är lindad.

Om du nu plötsligt öppnar omkopplaren mellan strömkällan och belastningskretsen kommer glödlampan att växla kort, men ganska märkbart. Det betyder att när vi stängde av strömkällan rusade strömmen från spolen in i lampan, vilket betyder att i spolen fanns denna ström, den hade ett magnetfält runt sig, och i det ögonblick då magnetfältet försvann, en EMF dök upp i spolen.

Denna inducerade EMF kallas självinducerad EMF eftersom den styrs av spolens eget magnetfält med en ström på själva spolen. Den termiska effekten Q av strömmen i detta fall kan uttryckas av produkten av värdena för strömmen som installerades i spolen i ögonblicket för att öppna strömbrytaren, kretsens motstånd R (spole och ledningar) av lampan) och varaktigheten av den aktuella försvinnandetiden t.Spänningen som utvecklas över kretsens resistans kan uttryckas i termer av induktansen L, impedansen för kretsen R och även med hänsyn till tiden för försvinnandet av strömmen dt.

Låt oss nu tillämpa uttrycket för spolenergin W på ett speciellt fall - en solenoid med en kärna som har en viss magnetisk permeabilitet som skiljer sig från vakuumets magnetiska permeabilitet.

Till att börja med uttrycker vi det magnetiska flödet F genom solenoidens tvärsnittsarea S, antalet varv N och den magnetiska induktionen B längs hela dess längd l. Låt oss först registrera induktansen B genom slingströmmen I, antalet slingor per längdenhet n och vakuumets magnetiska permeabilitet.

Låt oss sedan här ersätta volymen av solenoiden V. Vi har hittat formeln för den magnetiska energin W, och vi får ta värdet w från det - volymdensiteten för den magnetiska energin inuti solenoiden.

James Clerk Maxwell visade en gång att uttrycket för volymtätheten av magnetisk energi är sant inte bara för solenoider, men också för magnetfält i allmänhet.