Индуктивна енергия

Енергията на индуктора (W) е енергията на магнитното поле, генерирано от електрическия ток I, протичащ през проводника на тази намотка. Основната характеристика на намотката е нейната индуктивност L, тоест способността да създава магнитно поле, когато през нейния проводник преминава електрически ток. Всяка намотка има своя собствена индуктивност и форма, следователно магнитното поле за всяка намотка ще се различава по величина и посока, въпреки че токът може да бъде абсолютно еднакъв.

В зависимост от геометрията на определена намотка, от магнитните свойства на средата вътре и около нея, магнитното поле, създадено от предавания ток във всяка разглеждана точка, ще има определена индукция В, както и величината на магнитния поток Ф — също ще се определя за всяка от разглежданите области S.

Ако се опитаме да го обясним съвсем просто, тогава индукцията показва интензивността на магнитното действие (свързано със силата на ампера), който е в състояние да упражнява дадено магнитно поле върху проводник с ток, поставен в това поле, а магнитният поток означава как магнитната индукция се разпределя върху разглежданата повърхност. Така енергията на магнитното поле на бобината с тока се локализира не директно в завоите на бобината, а в обема на пространството, в което съществува магнитното поле, което е свързано с тока на бобината.

Фактът, че магнитното поле на текущата намотка има реална енергия, може да бъде открит експериментално. Нека съберем верига, в която свързваме лампа с нажежаема жичка успоредно на бобина с желязна сърцевина. Нека приложим постоянно напрежение от източник на захранване към бобината с крушка. Веднага ще се установи ток във веригата на натоварване, той ще тече през крушката и през бобината. Токът през крушката ще бъде обратно пропорционален на съпротивлението на нейната нишка, а токът през бобината ще бъде обратно пропорционален на съпротивлението на проводника, с който е навита.

Ако сега отворите рязко превключвателя между източника на захранване и натоварващата верига, крушката ще премине за кратко, но доста забележимо. Това означава, че когато изключихме източника на захранване, токът от бобината се втурна в лампата, което означава, че в намотката имаше този ток, той имаше магнитно поле около себе си и в момента на изчезването на магнитното поле, в намотката се появи ЕМП.

Тази индуцирана ЕМП се нарича самоиндукционна ЕМП, тъй като се насочва от собственото магнитно поле на бобината с ток върху самата бобина. Топлинният ефект Q на тока в този случай може да се изрази чрез произведението на стойностите на тока, който е бил инсталиран в бобината в момента на отваряне на превключвателя, съпротивлението R на веригата (бобина и проводници на лампата ) и продължителността на текущото време на изчезване t. Напрежението, възникнало през съпротивлението на веригата, може да се изрази чрез индуктивността L, импеданса на веригата R, а също и като се вземе предвид времето на изчезването на тока dt.

Нека сега приложим израза за енергията на намотката W към конкретен случай — към соленоид със сърцевина с определена магнитна пропускливост, която е различна от магнитната пропускливост на вакуума.

Като начало, ние изразяваме магнитния поток Ф през площта на напречното сечение S на соленоида, броя на завоите N и магнитната индукция B по цялата му дължина l. Нека първо запишем индукцията B през тока на контура I, броя на контурите на единица дължина n и магнитната пропускливост на вакуума.

Нека тогава заменим тук обема на соленоида V. Намерихме формулата за магнитната енергия W и имаме право да вземем от това стойността w — обемната плътност на магнитната енергия вътре в соленоида.

Джеймс Клерк Максуел едно време показа, че изразът за обемната плътност на магнитната енергия е верен не само за соленоиди, но и за магнитните полета като цяло.