Indukčná energia

Energia induktora (W) je energia magnetického poľa generovaného elektrickým prúdom I pretekajúcim drôtom tejto cievky. Hlavnou charakteristikou cievky je jej indukčnosť L, to znamená schopnosť vytvárať magnetické pole pri prechode elektrického prúdu cez jej vodič. Každá cievka má svoju vlastnú indukčnosť a tvar, preto sa magnetické pole každej cievky bude líšiť veľkosťou a smerom, aj keď prúd môže byť úplne rovnaký.

Indukčná energia

V závislosti od geometrie určitej cievky, od magnetických vlastností média vo vnútri a okolo nej bude mať magnetické pole vytvorené prenášaným prúdom v každom uvažovanom bode určitú indukciu B, ako aj veľkosť magnetického toku Ф - určí sa aj pre každú z uvažovaných oblastí S.

Induktor

Ak sa to pokúsime vysvetliť celkom jednoducho, potom indukcia ukazuje intenzitu magnetického pôsobenia (súvisiace so silou ampéra), ktorý je schopný vyvinúť dané magnetické pole na vodič s prúdom umiestnený v tomto poli a magnetický tok znamená, ako je magnetická indukcia rozložená na uvažovanom povrchu.Energia magnetického poľa cievky s prúdom teda nie je lokalizovaná priamo v závitoch cievky, ale v objeme priestoru, v ktorom existuje magnetické pole, ktorý je spojený s prúdom cievky.

Schéma určenia energie magnetického poľa cievky s prúdom

Skutočnosť, že magnetické pole cievky prúdu má skutočnú energiu, sa dá zistiť experimentálne. Zostavme si obvod, do ktorého zapojíme žiarovku paralelne s cievkou so železným jadrom. Aplikujme na cievku žiarovky konštantné napätie zo zdroja energie. V záťažovom obvode sa okamžite vytvorí prúd, ktorý bude pretekať cez žiarovku a cez cievku. Prúd cez žiarovku bude nepriamo úmerný odporu jej vlákna a prúd cez cievku bude nepriamo úmerný odporu drôtu, ktorým je navinutá.

Ak teraz náhle otvoríte prepínač medzi zdrojom energie a obvodom záťaže, žiarovka sa krátko, ale citeľne prepne. To znamená, že keď sme vypli zdroj, prúd z cievky sa vrútil do lampy, čo znamená, že v cievke bol tento prúd, mala okolo seba magnetické pole a v momente, keď magnetické pole zmizlo, v cievke sa objavil EMF.

Toto indukované EMF sa nazýva samoindukované EMF, pretože je usmerňované vlastným magnetickým poľom cievky s prúdom na samotnej cievke. Tepelný účinok Q prúdu v tomto prípade môže byť vyjadrený súčinom hodnôt prúdu, ktorý bol inštalovaný v cievke v momente otvorenia spínača, odporu R obvodu (cievky a vodičov lampy ) a trvanie aktuálneho času zmiznutia t.Napätie vyvinuté na odpore obvodu môže byť vyjadrené ako indukčnosť L, impedancia obvodu R a tiež s prihliadnutím na čas zániku prúdu dt.

Indukčná energia

Aplikujme teraz výraz pre energiu cievky W na konkrétny prípad – solenoid s jadrom s určitou magnetickou permeabilitou, ktorá je odlišná od magnetickej permeability vákua.

Na začiatok vyjadríme magnetický tok F cez plochu prierezu S solenoidu, počet závitov N a magnetickú indukciu B po celej jeho dĺžke l. Zaznamenajme najprv indukčnosť B cez slučkový prúd I, počet slučiek na jednotku dĺžky n a magnetickú permeabilitu vákua.

Potom tu dosadíme objem solenoidu V. Našli sme vzorec pre magnetickú energiu W a môžeme z nej vziať hodnotu w – objemovú hustotu magnetickej energie vo vnútri solenoidu.

James Clerk Maxwell raz ukázal, že výraz pre objemovú hustotu magnetickej energie je pravdivý nielen pre solenoidy, ale aj pre magnetické polia všeobecne.

Odporúčame vám prečítať si:

Prečo je elektrický prúd nebezpečný?