Induktiivne energia

Induktiivpooli energia (W) on selle pooli juhtmest läbi voolava elektrivoolu I tekitatud magnetvälja energia. Mähise peamine omadus on selle induktiivsus L, see tähendab võime luua magnetvälja, kui elektrivool läbib selle juhi. Igal mähisel on oma induktiivsus ja kuju, seetõttu on iga mähise magnetväli suuruse ja suuna poolest erinev, kuigi vool võib olla täpselt sama.

Sõltuvalt teatud mähise geomeetriast, selle sees ja ümbritseva keskkonna magnetilistest omadustest on igas vaadeldavas punktis edastatava voolu tekitatud magnetväljal teatud induktsioon B, samuti magnetvoo suurus Ф - määratakse ka iga vaadeldava ala S jaoks.

Kui proovime seda üsna lihtsalt seletada, näitab induktsioon magnetilise toime intensiivsust (seotud ampri võimsusega), mis on võimeline avaldama antud magnetvälja sellesse välja asetatud voolu juhtivale juhile, ja magnetvoog tähendab seda, kuidas magnetiline induktsioon jaotub vaadeldaval pinnal.Seega lokaliseerub mähise magnetvälja energia vooluga mitte otse mähise pööretesse, vaid ruumi ruumalasse, milles magnetväli eksisteerib, mis on seotud mähise vooluga.

Seda, et voolupooli magnetväljal on reaalne energia, saab avastada katseliselt. Paneme kokku ahela, milles ühendame hõõglambi paralleelselt raudsüdamiku mähisega. Rakendame pirni mähisele püsivat pinget toiteallikast. Koormusahelas tekib kohe vool, see voolab läbi pirni ja läbi mähise. Pirni läbiv vool on pöördvõrdeline selle hõõgniidi takistusega ja mähist läbiv vool on pöördvõrdeline selle traadi takistusega, millega see on keritud.

Kui nüüd äkitselt lüliti toiteallika ja koormusahela vahel avada, lülitub pirn korraks, kuid üsna tuntavalt. See tähendab, et kui me toiteallika välja lülitasime, siis mähise vool sööstis lampi, mis tähendab, et mähises oli see vool, selle ümber oli magnetväli ja hetkel, kui magnetväli kadus, mähisesse ilmus EMF.

Seda indutseeritud EMF-i nimetatakse iseindutseeritud EMF-iks, kuna seda juhib pooli enda magnetväli koos vooluga mähisel endal. Voolu soojusefekti Q saab sel juhul väljendada lüliti avamise hetkel mähisesse paigaldatud voolu väärtuste korrutisega ahela takistuse R (mähis ja juhtmed). lambi ) ja voolu kadumise aja kestus t.Ahela takistusel tekkivat pinget saab väljendada induktiivsuse L, ahela R impedantsina ja võttes arvesse ka voolu kadumise aega dt.

Rakendame nüüd mähise energia W avaldist konkreetsel juhul – solenoidil, mille südamikuga on teatud magnetiline läbilaskvus, mis erineb vaakumi magnetilisest läbilaskvusest.

Alustuseks väljendame magnetvoogu F läbi solenoidi ristlõikepindala S, pöörete arvu N ja magnetilist induktsiooni B kogu selle pikkuses l. Registreerime kõigepealt induktiivsus B läbi ahela voolu I, silmuste arv pikkuse ühiku kohta n ja vaakumi magnetiline läbilaskvus.

Asendame siis siin solenoidi V ruumala. Leidsime magnetenergia W valemi ja saame sellest võtta väärtuse w – magnetilise energia ruumala tiheduse solenoidi sees.

James Clerk Maxwell näitas kord, et magnetenergia mahutiheduse avaldis on tõene mitte ainult solenoidide jaoks, aga ka magnetväljade jaoks üldiselt.