Induktive Energie

Die Energie des Induktors (W) ist die Energie des Magnetfeldes, das durch den elektrischen Strom I erzeugt wird, der durch den Draht dieser Spule fließt. Das Hauptmerkmal der Spule ist ihre Induktivität L, also die Fähigkeit, ein Magnetfeld zu erzeugen, wenn ein elektrischer Strom durch ihren Leiter fließt. Jede Spule hat ihre eigene Induktivität und Form, daher unterscheidet sich das Magnetfeld jeder Spule in Stärke und Richtung, auch wenn der Strom genau gleich sein kann.

Abhängig von der Geometrie einer bestimmten Spule und den magnetischen Eigenschaften des Mediums in ihrem Inneren und um sie herum weist das durch den übertragenen Strom an jedem betrachteten Punkt erzeugte Magnetfeld eine bestimmte Induktion B sowie die Größe des magnetischen Flusses Ф auf - wird ebenfalls für jeden der betrachteten Bereiche S ermittelt.

Versuchen wir es ganz einfach zu erklären, dann zeigt die Induktion die Intensität der magnetischen Wirkung (bzgl mit der Kraft des Ampere), der in der Lage ist, ein bestimmtes Magnetfeld auf einen stromdurchflossenen Leiter auszuüben, der sich in diesem Feld befindet, und der magnetische Fluss bedeutet, wie die magnetische Induktion über die betrachtete Oberfläche verteilt ist.Somit ist die Energie des Magnetfelds der Spule mit dem Strom nicht direkt in den Windungen der Spule lokalisiert, sondern in dem Raumvolumen, in dem das Magnetfeld existiert, das mit dem Spulenstrom verbunden ist.

Die Tatsache, dass das Magnetfeld der Stromspule echte Energie hat, kann experimentell entdeckt werden. Stellen wir uns einen Schaltkreis zusammen, in dem wir eine Glühlampe parallel zu einer Eisenkernspule schalten. Lassen Sie uns eine konstante Spannung von einer Stromquelle an die Lampenspule anlegen. Im Lastkreis stellt sich sofort ein Strom ein, der durch die Glühlampe und durch die Spule fließt. Der Strom durch die Glühbirne ist umgekehrt proportional zum Widerstand ihres Glühfadens, und der Strom durch die Spule ist umgekehrt proportional zum Widerstand des Drahtes, mit dem sie umwickelt ist.

Wenn Sie nun plötzlich den Schalter zwischen Stromquelle und Lastkreis öffnen, schaltet die Glühbirne kurzzeitig, aber deutlich spürbar um. Das heißt, als wir die Stromquelle abschalteten, strömte der Strom von der Spule in die Lampe, was bedeutet, dass in der Spule dieser Strom vorhanden war, sie von einem Magnetfeld umgeben war und in dem Moment, als das Magnetfeld verschwand, In der Spule erschien eine EMF.

Diese induzierte EMF wird als selbstinduzierte EMF bezeichnet, da sie durch das eigene Magnetfeld der Spule mit einem Strom durch die Spule selbst geleitet wird. Der thermische Effekt Q des Stroms kann in diesem Fall durch das Produkt der Werte des Stroms, der in der Spule zum Zeitpunkt des Öffnens des Schalters installiert war, dem Widerstand R des Stromkreises (Spule und Drähte) ausgedrückt werden der Lampe ) und der Dauer der Stromausfallzeit t.Die am Widerstand des Stromkreises entstehende Spannung kann durch die Induktivität L, die Impedanz des Stromkreises R und auch unter Berücksichtigung der Zeit des Verschwindens des Stroms dt ausgedrückt werden.

Wenden wir nun den Ausdruck für die Spulenenergie W auf einen bestimmten Fall an – einen Elektromagneten mit einem Kern, der eine bestimmte magnetische Permeabilität aufweist, die sich von der magnetischen Permeabilität des Vakuums unterscheidet.

Zunächst drücken wir den magnetischen Fluss F durch die Querschnittsfläche S des Elektromagneten, die Windungszahl N und die magnetische Induktion B über seine gesamte Länge l aus. Erfassen wir zunächst die Induktivität B durch den Schleifenstrom I, die Anzahl der Schleifen pro Längeneinheit n und die magnetische Permeabilität des Vakuums.

Ersetzen wir hier dann das Volumen der Magnetspule V. Wir haben die Formel für die magnetische Energie W gefunden und dürfen daraus den Wert w ableiten – die Volumendichte der magnetischen Energie innerhalb der Magnetspule.

James Clerk Maxwell hat einmal gezeigt, dass der Ausdruck für die Volumendichte magnetischer Energie wahr ist nicht nur für Magnetspulen, sondern auch für Magnetfelder im Allgemeinen.