Indukční energie

Energie induktoru (W) je energie magnetického pole generovaného elektrickým proudem I protékajícím drátem této cívky. Hlavní charakteristikou cívky je její indukčnost L, tedy schopnost vytvářet magnetické pole, když jejím vodičem prochází elektrický proud. Každá cívka má svou vlastní indukčnost a tvar, proto se magnetické pole každé cívky bude lišit velikostí a směrem, i když proud může být úplně stejný.

V závislosti na geometrii určité cívky, na magnetických vlastnostech prostředí uvnitř a kolem ní bude mít magnetické pole vytvářené přenášeným proudem v každém uvažovaném bodě určitou indukci B a také velikost magnetického toku Ф - bude také stanoveno pro každou z uvažovaných oblastí S.

Pokud se to pokusíme vysvětlit docela jednoduše, pak indukce ukazuje intenzitu magnetického působení (související s výkonem ampéru), který je schopen vyvinout dané magnetické pole na vodič s proudem umístěný v tomto poli a magnetický tok znamená, jak je magnetická indukce rozložena po uvažovaném povrchu.Energie magnetického pole cívky s proudem tedy není lokalizována přímo v závitech cívky, ale v objemu prostoru, ve kterém magnetické pole existuje, což je spojeno s proudem cívky.

Skutečnost, že magnetické pole cívky proudu má skutečnou energii, lze zjistit experimentálně. Sestavme obvod, do kterého zapojíme žárovku paralelně s cívkou se železným jádrem. Aplikujme konstantní napětí ze zdroje na cívku žárovky. V zátěžovém obvodu se okamžitě vytvoří proud, který bude protékat žárovkou a cívkou. Proud žárovkou bude nepřímo úměrný odporu jejího vlákna a proud cívkou bude nepřímo úměrný odporu drátu, kterým je navinutá.

Pokud nyní náhle otevřete spínač mezi napájecím zdrojem a obvodem zátěže, žárovka se krátce, ale znatelně přepne. To znamená, že když jsme vypnuli zdroj, proud z cívky se hnal do lampy, to znamená, že v cívce tento proud byl, měl kolem sebe magnetické pole a v okamžiku, kdy magnetické pole zmizelo, v cívce se objevil EMF.

Toto indukované EMF se nazývá samoindukované EMF, protože je řízeno vlastním magnetickým polem cívky s proudem na cívce samotné. Tepelný účinek Q proudu lze v tomto případě vyjádřit součinem hodnot proudu, který byl instalován v cívce v okamžiku rozepnutí spínače, odporu R obvodu (cívky a vodičů lampy ) a dobu trvání aktuální doby zmizení t.Napětí vyvinuté na odporu obvodu lze vyjádřit pomocí indukčnosti L, impedance obvodu R a také s přihlédnutím k době zániku proudu dt.

Aplikujme nyní výraz pro energii cívky W na konkrétní případ – solenoid s jádrem s určitou magnetickou permeabilitou, která je odlišná od magnetické permeability vakua.

Pro začátek vyjádříme magnetický tok F plochou průřezu S solenoidu, počtem závitů N a magnetickou indukcí B po celé délce l. Zaznamenejme nejprve indukčnost B přes proud smyčky I, počet smyček na jednotku délky n a magnetickou permeabilitu vakua.

Dosadíme zde objem solenoidu V. Našli jsme vzorec pro magnetickou energii W a můžeme z toho vzít hodnotu w – objemovou hustotu magnetické energie uvnitř solenoidu.

James Clerk Maxwell jednou ukázal, že výraz pro objemovou hustotu magnetické energie je pravdivý nejen pro solenoidy, ale také pro magnetická pole obecně.