Energia indukcyjna

Energia induktorka (W) jest energią pola magnetycznego generowanego przez prąd elektryczny I płynący przez drut tej cewki. Główną cechą cewki jest jej indukcyjność L, to znaczy zdolność do tworzenia pola magnetycznego, gdy prąd elektryczny przepływa przez jej przewodnik. Każda cewka ma swoją własną indukcyjność i kształt, dlatego pole magnetyczne dla każdej cewki będzie się różnić pod względem wielkości i kierunku, nawet jeśli prąd może być dokładnie taki sam.

W zależności od geometrii określonej cewki, właściwości magnetycznych ośrodka wewnątrz i wokół niej, pole magnetyczne wytwarzane przez przesyłany prąd w każdym rozważanym punkcie będzie miało określoną indukcję B, a także wielkość strumienia magnetycznego Ф - zostanie również wyznaczona dla każdego z rozpatrywanych obszarów S.

Jeśli spróbujemy to wyjaśnić w prosty sposób, to indukcja pokazuje intensywność działania magnetycznego (por z mocą ampera), które jest w stanie wywrzeć określone pole magnetyczne na przewodnik z prądem umieszczony w tym polu, a strumień magnetyczny oznacza, w jaki sposób indukcja magnetyczna rozkłada się na rozpatrywanej powierzchni.Zatem energia pola magnetycznego cewki z prądem jest zlokalizowana nie bezpośrednio w zwojach cewki, ale w objętości przestrzeni, w której występuje pole magnetyczne, co jest związane z prądem cewki.

Fakt, że pole magnetyczne cewki prądowej ma rzeczywistą energię, można odkryć eksperymentalnie. Złóżmy obwód, w którym łączymy żarówkę równolegle z cewką z żelaznym rdzeniem. Przyłóżmy stałe napięcie ze źródła zasilania do cewki żarówki. W obwodzie obciążenia natychmiast powstanie prąd, który przepłynie przez żarówkę i przez cewkę. Prąd płynący przez żarówkę będzie odwrotnie proporcjonalny do rezystancji jej żarnika, a prąd płynący przez cewkę będzie odwrotnie proporcjonalny do rezystancji drutu, którym jest nawinięta.

Jeśli teraz nagle otworzysz przełącznik między źródłem zasilania a obwodem obciążenia, żarówka przełączy się na krótko, ale dość zauważalnie. Oznacza to, że gdy wyłączyliśmy źródło zasilania, prąd z cewki pędził do lampy, co oznacza, że ​​​​w cewce był ten prąd, miała wokół siebie pole magnetyczne iw momencie, gdy pole magnetyczne zanikło, w cewce pojawił się EMF.

Ten indukowany EMF nazywany jest samoindukowanym EMF, ponieważ jest kierowany przez własne pole magnetyczne cewki z prądem na samej cewce. Efekt termiczny Q prądu w tym przypadku można wyrazić jako iloczyn wartości prądu, który był zainstalowany w cewce w momencie otwarcia wyłącznika, rezystancji R obwodu (cewka i przewody lampy ) i czas trwania aktualnego czasu zaniku t.Napięcie powstające na rezystancji obwodu można wyrazić za pomocą indukcyjności L, impedancji obwodu R oraz uwzględniając czas zaniku prądu dt.

Zastosujmy teraz wyrażenie na energię cewki W do szczególnego przypadku — solenoidu z rdzeniem o pewnej przenikalności magnetycznej, która różni się od przenikalności magnetycznej próżni.

Na początek wyrażamy strumień magnetyczny F przez pole przekroju S solenoidu, liczbę zwojów N i indukcję magnetyczną B na całej jego długości l. Najpierw zapiszmy indukcyjność B przez prąd pętli I, liczbę pętli na jednostkę długości n oraz przenikalność magnetyczną próżni.

Podstawmy więc tutaj objętość solenoidu V. Znaleźliśmy wzór na energię magnetyczną W i możemy z niego wziąć wartość w — gęstość objętościową energii magnetycznej wewnątrz solenoidu.

James Clerk Maxwell wykazał kiedyś, że wyrażenie na gęstość objętościową energii magnetycznej jest prawdziwe nie tylko dla solenoidów, ale także ogólnie dla pól magnetycznych.