năng lượng quy nạp

Năng lượng của cuộn cảm (W) là năng lượng của từ trường sinh ra bởi dòng điện I chạy qua dây dẫn của cuộn dây này. Đặc điểm chính của cuộn dây là độ tự cảm L, nghĩa là khả năng tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua dây dẫn của nó. Mỗi cuộn dây có độ tự cảm và hình dạng riêng, do đó từ trường của mỗi cuộn dây sẽ khác nhau về độ lớn và hướng, mặc dù dòng điện có thể hoàn toàn giống nhau.

Tùy thuộc vào hình dạng của một cuộn dây nhất định, vào tính chất từ ​​​​của môi trường bên trong và xung quanh nó, từ trường được tạo bởi dòng điện truyền tại mỗi điểm được xem xét sẽ có một cảm ứng B nhất định, cũng như độ lớn của từ thông Ф - cũng sẽ được xác định cho từng khu vực được xem xét S.

Nếu chúng ta cố gắng giải thích nó một cách khá đơn giản, thì hiện tượng cảm ứng cho thấy cường độ của tác dụng từ (liên quan với sức mạnh của ampe), có khả năng tác dụng một từ trường nhất định lên một dây dẫn mang dòng điện được đặt trong trường đó và từ thông có nghĩa là cảm ứng từ được phân bố như thế nào trên bề mặt đang được xem xét.Do đó, năng lượng của từ trường của cuộn dây với dòng điện được định vị không trực tiếp trong các vòng quay của cuộn dây, mà trong thể tích không gian tồn tại từ trường liên quan đến dòng điện của cuộn dây.

Thực tế là từ trường của cuộn dây hiện tại có năng lượng thực có thể được phát hiện bằng thực nghiệm. Hãy lắp một mạch điện trong đó chúng ta mắc song song một đèn sợi đốt với một cuộn dây lõi sắt. Hãy đặt một hiệu điện thế không đổi từ một nguồn điện vào cuộn dây của bóng đèn. Một dòng điện sẽ ngay lập tức được thiết lập trong mạch tải, nó sẽ chạy qua bóng đèn và qua cuộn dây. Cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn sẽ tỉ lệ nghịch với điện trở của dây tóc bóng đèn và cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ tỉ lệ nghịch với điện trở của dây dẫn mà nó được quấn.

Nếu bây giờ bạn đột ngột mở công tắc giữa nguồn điện và mạch tải, bóng đèn sẽ chuyển mạch trong thời gian ngắn nhưng khá rõ rệt. Nghĩa là khi ta tắt nguồn điện thì dòng điện từ cuộn dây xông vào đèn, nghĩa là trong cuộn dây có dòng điện này, xung quanh nó có từ trường, lúc từ trường biến mất thì một EMF xuất hiện trong cuộn dây.

EMF cảm ứng này được gọi là EMF tự cảm ứng vì nó được định hướng bởi từ trường riêng của cuộn dây với dòng điện chạy trên chính cuộn dây đó. Hiệu ứng nhiệt Q của dòng điện trong trường hợp này có thể được biểu thị bằng tích của các giá trị của dòng điện được đặt trong cuộn dây tại thời điểm mở công tắc, điện trở R của mạch (cuộn dây và dây dẫn). của bóng đèn ) và khoảng thời gian dòng điện biến mất t.Điện áp phát triển trên điện trở của mạch có thể được biểu thị dưới dạng độ tự cảm L, trở kháng của mạch R và cũng có tính đến thời gian biến mất của dòng điện dt.

Bây giờ chúng ta hãy áp dụng biểu thức cho năng lượng cuộn dây W cho một trường hợp cụ thể—một cuộn dây điện từ có lõi có độ từ thẩm nhất định khác với độ từ thẩm của chân không.

Để bắt đầu, chúng ta biểu thị từ thông F qua diện tích mặt cắt ngang S của cuộn dây điện từ, số vòng dây N và cảm ứng từ B dọc theo toàn bộ chiều dài l của nó. Trước tiên chúng ta hãy ghi lại độ tự cảm B thông qua dòng điện vòng I, số vòng dây trên một đơn vị chiều dài n và độ từ thẩm của chân không.

Sau đó, hãy thay thế ở đây thể tích của cuộn dây điện từ V. Chúng ta đã tìm ra công thức cho năng lượng từ trường W, và chúng ta được phép lấy từ đó giá trị w—mật độ thể tích của năng lượng từ tính bên trong cuộn dây điện từ.

James Clerk Maxwell đã từng chỉ ra rằng biểu thức mật độ thể tích của năng lượng từ trường là đúng không chỉ cho solenoids, mà còn cho từ trường nói chung.