Inductieve energie

De energie van de inductor (W) is de energie van het magnetische veld dat wordt opgewekt door de elektrische stroom I die door de draad van deze spoel stroomt. Het belangrijkste kenmerk van de spoel is de zelfinductie L, dat wil zeggen het vermogen om een ​​magnetisch veld te creëren wanneer een elektrische stroom door de geleider gaat. Elke spoel heeft zijn eigen inductantie en vorm, daarom zal het magnetische veld voor elke spoel in grootte en richting verschillen, ook al kan de stroom precies hetzelfde zijn.

Afhankelijk van de geometrie van een bepaalde spoel, van de magnetische eigenschappen van het medium erin en eromheen, zal het magnetische veld dat wordt gecreëerd door de uitgezonden stroom op elk beschouwd punt een bepaalde inductie B hebben, evenals de grootte van de magnetische flux Ф - zal ook worden bepaald voor elk van de beschouwde gebieden S.

Als we het heel eenvoudig proberen uit te leggen, dan toont de inductie de intensiteit van de magnetische actie (gerelateerd met de kracht van de ampère), die in staat is een bepaald magnetisch veld uit te oefenen op een stroomvoerende geleider die in dat veld is geplaatst, en de magnetische flux betekent hoe de magnetische inductie wordt verdeeld over het oppervlak in kwestie.De energie van het magnetische veld van de spoel met de stroom is dus niet direct gelokaliseerd in de windingen van de spoel, maar in het volume van de ruimte waarin het magnetische veld bestaat, dat geassocieerd is met de spoelstroom.

Het feit dat het magnetische veld van de huidige spoel echte energie heeft, kan experimenteel worden ontdekt. Laten we een schakeling samenstellen waarin we een gloeilamp parallel schakelen met een spoel met ijzeren kern. Laten we een constante spanning van een stroombron op de lampspoel toepassen. Er zal onmiddellijk een stroom in het belastingscircuit komen, deze zal door de lamp en door de spoel vloeien. De stroom door de lamp is omgekeerd evenredig met de weerstand van de gloeidraad en de stroom door de spoel is omgekeerd evenredig met de weerstand van de draad waarmee deze is gewikkeld.

Als je nu plotseling de schakelaar tussen de stroombron en het belastingscircuit opent, zal de lamp kort maar duidelijk merkbaar schakelen. Dit betekent dat toen we de stroombron uitschakelden, de stroom van de spoel de lamp in snelde, wat betekent dat er in de spoel deze stroom was, er was een magnetisch veld omheen, en op het moment dat het magnetische veld verdween, er verscheen een EMF in de spoel.

Deze geïnduceerde EMF wordt zelf-geïnduceerde EMF genoemd omdat het wordt gestuurd door het eigen magnetische veld van de spoel met een stroom op de spoel zelf. Het thermische effect Q van de stroom kan in dit geval worden uitgedrukt door het product van de waarden van de stroom die in de spoel was geïnstalleerd op het moment dat de schakelaar werd geopend, de weerstand R van het circuit (spoel en draden van de lamp ) en de duur van de huidige uitschakeltijd t.De spanning die over de weerstand van de schakeling wordt ontwikkeld, kan worden uitgedrukt in termen van de inductantie L, de impedantie van de schakeling R en ook rekening houdend met de tijd van het verdwijnen van de stroom dt.

Laten we nu de uitdrukking voor de spoelenergie W toepassen op een bepaald geval: een solenoïde met een kern met een bepaalde magnetische permeabiliteit die verschilt van de magnetische permeabiliteit van het vacuüm.

Om te beginnen drukken we de magnetische flux F uit door het dwarsdoorsnede-oppervlak S van de solenoïde, het aantal windingen N en de magnetische inductie B over de gehele lengte l. Laten we eerst de inductantie B opnemen door de lusstroom I, het aantal lussen per lengte-eenheid n en de magnetische permeabiliteit van het vacuüm.

Laten we dan hier het volume van de solenoïde V vervangen. We hebben de formule gevonden voor de magnetische energie W, en we mogen daaruit de waarde w nemen - de volumedichtheid van de magnetische energie in de solenoïde.

James Clerk Maxwell toonde ooit aan dat de uitdrukking voor de volumedichtheid van magnetische energie waar is niet alleen voor solenoïden, maar ook voor magnetische velden in het algemeen.