31.5 : 자기장의 에너지

자기가 지속되면 폐쇄 회로나 루프에 전류가 있어야 하며 이는 자기장이 생성되는 데 일부 에너지가 소비되었음을 의미합니다. 이 에너지가 회로의 저항을 통해 소산되지 않으면 현장에 저장됩니다.

저항이 0인 이상적인 인덕터를 선택하세요. 현실적으로 불가능하지만 코일의 저항이 너무 작아서 현실적으로 무시할 수 있다고 가정해 보겠습니다 따라서 열 에너지(또는 열)를 발산하기 위한 자기장의 에너지 손실은 무시할 수 있습니다.

저장된 에너지는 가변 전류원이 있을 때 EMF가 전류 변화에 저항하므로 생성된 EMF를 기록하여 쉽게 계산할 수 있습니다. 전력은 유도된 EMF와 특정 순간의 전류의 곱으로 제공되며 시간이 지남에 따라 이를 적분하면 저장된 에너지가 제공됩니다.

자기 에너지 밀도는 단위 부피당 에너지로 표시되며, 이는 코일의 기하학적 구조에서 쉽게 파생될 수 있습니다.

우리는 자기 에너지와 축전기에 저장된 전기 에너지, 그리고 그에 상응하는 전기장 및 자기장 에너지 밀도 사이의 놀라운 유사점을 발견했습니다.

진공 대신에 진공과 다른 투자율을 갖는 물질이 있다면, 전계 에너지 밀도의 경우와 마찬가지로 유도된 수식에서 해당 투자율이 진공의 투자율을 대체합니다. 이는 커패시터에 있습니다.

파생된 표현식은 특수 인덕터에 대한 것이지만 일반적으로 유지되는 것으로 나타날 수 있습니다.

자기장 에너지는 가솔린 구동 자동차 엔진에서 전기 스파크를 생성하는 데 중요한 실제 응용 분야를 가지고 있습니다. 엔진의 연료-공기 혼합물은 엔진의 코일 시스템에 의해 공급되는 스파크로 점화되어야 합니다. 시스템은 1차 코일과 2차 코일로 구성되며, 1차 코일보다 2차 코일에 더 많은 권선이 있습니다. 1차 코일은 자동차 배터리에 연결되어 강한 자기장을 생성하여 현장에 에너지를 저장합니다.

점화 중에는 1차 코일의 전류가 차단됩니다. 따라서 1차 코일의 자기장과 자기장 에너지 밀도는 급속히 0으로 감소합니다. 따라서 1차 코일을 둘러싸는 2차 코일은 수만 볼트의 높은 기전력을 받게 되며, 이는 2차 코일을 통해 높은 펄스를 생성하고 궁극적으로 연결된 스파크 플러그에 도달합니다.