自感感能
与 电容器 类似,线圈中也可以储存能量。 当自感系数为 $L$ 的线圈中通过电流 $I$ 时,线圈中的磁场能量为 $$W = \frac{1}{2} L I^2$$
载流线圈中储存的能量称为 自感感能。
磁场的能量密度
在通电螺线管中 $$W_m = \frac{1}{2} L I^2 = \frac{1}{2} \mu n^2 I^2 V = \frac{1}{2} \frac{B^2}{\mu} V$$ 故磁场的能量密度为 $$w_m = \frac{W_m}{V} = \frac{1}{2} \frac{B^2}{\mu}$$ 考虑到磁感应强度 $B$ 和磁场强度 $H$ 的关系 $$B = \mu H$$ 可得 $$w_m = \frac{1}{2} B H = \frac{1}{2} \mu H^2 = \frac{1}{2} \boldsymbol{B} \cdot \boldsymbol{H}$$
虽然这条公式是从通电螺线管的能量公式推导出来的,但是可以证明,他对任何磁场都是普遍成立的。
磁场能量和电场能量的对比
存储在电容或电感中的能量 | 存储在电场或磁场中的能量 | |
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电场能量 | $$W_e = \frac{1}{2} CU^2$$ | $$w_e = \frac{1}{2} \boldsymbol{D} \cdot \boldsymbol{E}$$ $$W_e = \int_V w_e dV$$ |
磁场能量 | $$W_m = \frac{1}{2} L I^2$$ | $$w_m = \frac{1}{2} \boldsymbol{B} \cdot \boldsymbol{H}$$ $$W_m = \int_V w_m dV$$ |
若空间中既有电场又有磁场,则总能量密度为 $$w = w_e + w_m = \frac{1}{2} \boldsymbol{D} \cdot \boldsymbol{E} + \frac{1}{2} \boldsymbol{B} \cdot \boldsymbol{H}$$