يتم وصف تأثيرات المغناطيسية بشكل عام من خلال وجود مجال مغناطيسي ، حيث تعتمد الطاقة المخزنة في مجال مغناطيسي على عدة عوامل رئيسية. يمكن أن تشمل هذه ، شدة المجال المغناطيسي ، (ح) وكذلك التيار الكهربائي ، (ط) الذي يولد بالفعل المجال المغناطيسي المحيط ، خاصة في ملفات الجرح والملفات اللولبية.

يحتوي كل مجال مغناطيسي على شكل من أشكال الطاقة ، والتي نشير إليها عموما باسم الطاقة المغناطيسية ، دبليو إم. مع كون الطاقة المخزنة في مجال مغناطيسي أحد المبادئ الأساسية للفيزياء ، وإيجاد تطبيقات في مختلف فروع العلوم والتكنولوجيا ، بما في ذلك الكهرومغناطيسية والإلكترونيات. ولكن هل يمكن اعتبار المغناطيسية حقا شكلا من أشكال الطاقة.

بشكل عام ، نقيس تأثيرات المجال الناتج عن المغناطيسية من خلال قوتها والاتجاه الذي تشير إليه. بشكل عام ، يتم إنتاج المجالات المغناطيسية بواسطة مواد مغناطيسية دائمة أو بفعل تيار كهربائي يتدفق عبر موصل سلكي.

بالنسبة للمغناطيس الكهربائي ، يكون المجال مرتفعا بشكل خاص إذا تم تشكيل الموصل في ملف به عدد كبير من المنعطفات. وبالتالي ، يمكن أن يولد ملف طويل ومستقيم من الأسلاك (الملف اللولبي) مجالا مغناطيسيا موحدا مشابها لمجال المغناطيس الدائم كما هو موضح.

المجال المغناطيسي حول المغناطيس
المجال المغناطيسي حول المغناطيس

خطوط المجال المغناطيسي تشير إلى تدفق التدفق المغناطيسي ، produced تنتج حول المغناطيس الدائم أو الكهربائية. يشكل كل خط من التدفق المغناطيسي حلقة مغلقة ، كما هو موضح في الخطوط المنقطة ، والتي لا تتقاطع أبدا مع بعضها البعض. ال شدة المجال المغناطيسي ، ح يعرف بأنه: ح = ب /00 أين ب هي كثافة التدفق المغناطيسي ، و0 0 هي نفاذية المساحة الحرة.

لوصف كثافة الطاقة لمجال مغناطيسي داخل ملف الجرح ، بسبب تيار كهربائي ، نحتاج إلى التفكير في مغو ن يتحول. منذ مغو لديه القدرة على تخزين الطاقة.

المحث هو جهاز إلكتروني سلبي لا يولد الطاقة بل يخزنها كطاقة مغناطيسية. ثم طاقة الحث هي الطاقة التي تظهر في الملف المتشكل عندما يتدفق تيار كهربائي من خلاله. وبالتالي فإن الطاقة المخزنة في مغو هي في شكل طاقة مغناطيسية ، وات.

يمكن أن تكون الطاقة في المجال المغناطيسي للمحث مرتبطة بالعمل المنجز لإنشاء أو تغيير مجاله. أي العمل المنجز (توصيل الطاقة) بواسطة مصدر جهد للحفاظ على تدفق التيار عبر الملف وحوله. تعتمد الطاقة المخزنة وقوة المجال على التيار وهندسة المحث والخصائص الفيزيائية.

نظرا لأن الطاقة في مجال المحاثات مرتبطة بالتيار الذي يولدها في البداية ، ولكن ليس للحفاظ عليها. يتم إعطاء العمل المنجز ، بالواط ، لإجبار التيار عبر ملف المحاثات على أنه.

1. يتم إعطاء الجهد عبر المحث بواسطة:

فل = ل (دي / دت)

أين دي / دينارا هو معدل تغير التيار من خلال المحث ، والحرف إل يمثل الحث الذاتي.

2. السلطة لحظية ، ص تسليمها إلى مغو من قبل امدادات التيار الكهربائي هو:

ع = فل س ط = لي (دي/دت) واط

نظرا لأن الحث هو القدرة على تخزين الطاقة في مجال مغناطيسي ، فإن إجمالي الطاقة المخزنة ، ودمج صيغة الطاقة السابقة خلال الفترة الزمنية من 0 إلى ر خلالها يزيد التيار بشكل موحد عند الخامس / لتر أمبير في الثانية ، من 0 إلى أنا ، يعطي:

طاقة المجال المغناطيسي المخزنة

وهكذا ، فإن مجموع الطاقة المغناطيسية ، وم التي يمكن تخزينها من قبل مغو داخل مجالها عندما تيار كهربائي ، أنا يتدفق على الرغم من أنه يعطى كما:

الطاقة المخزنة في مغو
ويم = 1/2 لي2 جول (ي)

أين ، إل هو الحث الذاتي للمحث في هنري ، وأنا هو التيار بالأمبير.

لاحظ أن العامل 1/2 يأتي من تكامل الطاقة التي يتم تسليمها إلى المحث لأن متوسط التيار هو أنا/2. يمكننا أيضا أن نرى أن الطاقة المخزنة تزداد مع مربع التيار (أنا2). وهذا يعني مضاعفة التيار ، أربعة أضعاف الطاقة المخزنة.

أيضا ، تشير المحاثات الأعلى إلى أن المحث يمكنه تخزين المزيد من الطاقة لنفس التيار. يعتمد الحث الذاتي على عدد الدورات في الملف ، ومنطقة المقطع العرضي ، وطول الملف.

مثال تعليمي رقم 1
احسب الطاقة في المجال المغناطيسي لملف الجرح الذي يحتوي على محاثة 2 هنري بعد أن يصل التيار إلى قيمته القصوى البالغة 3 أمبير.

ويم = 1/2 لي2 = 1/2 س 2 ح س (3 أ) 2 = 9 جول

هذا يعني أن الملف يخزن 9 جول من الطاقة داخل مجاله المغناطيسي.

باستخدام شدة المجال المغناطيسي
يمكننا أيضا حساب كثافة الطاقة (الطاقة لكل م 3) في مجال موحد للملف ، أو الملف اللولبي ، باستخدام شدة المجال المغناطيسي (ب) ، فكلما كان المجال المحيط أقوى ، زادت الطاقة التي يخزنها. يمكن أن تكون كثافة الطاقة لكل وحدة حجم للمجال ذات أهمية أكبر في بعض الأحيان لأنها تتناسب طرديا مع مربع شدة المجال المغناطيسي (ح).

رأينا سابقا أن الطاقة في المجال المغناطيسي تعطى على النحو التالي: 1/2 لي2 باستخدام المحاثة الحالية والذاتية. ولكن هناك عددا من الطرق التي يمكن من خلالها أيضا التعبير عن محاثة الملف أو الملف اللولبي أو المحث فيما يتعلق بخصائصه الفيزيائية وخصائص المجال.

بالنسبة للملف اللولبي ، الحث إل يمكن التعبير عنها كـ:

إل = µ0ن2أa

أين:

0 0 هو الثابت المغناطيسي ونفاذية المساحة الحرة (4 x س 10-7 ح / م)
ن هو عدد الدورات لكل وحدة طول
أ هي منطقة المقطع العرضي للملف اللولبي
is هو طول الملف اللولبي
هذا يدل على أن الحث ل يعتمد على الخصائص الفيزيائية للملف والذي يتناسب أيضا مع مربع عدد الدورات ، ن.

في ملف الملف اللولبي ، ترتبط شدة المجال المغناطيسي ب بالداخل بالتيار أنا بواسطة:

ب = 0 مليون دولار

أين:

ب هي شدة المجال المغناطيسي
ن هو عدد الدورات لكل وحدة طول
أنا هو الحالي
من المعادلة أعلاه لشدة المجال المغناطيسي ب. إذا استبدلنا الآن أنا من حيث ب نحصل على:

أنا = ب / (0 دولار)

الآن استبدال أنا و إل من الأعلى في المعادلة الأصلية للطاقة المخزنة يعطينا:

كثافة الطاقة

تمثل هذه المعادلة الطاقة المخزنة. ومع ذلك ، فإن حجم (الخامس) من جوهر الملف اللولبي هوℓ ، وبالتالي فإن كثافة الطاقة المغناطيسية لكل وحدة حجم داخل المجال المغناطيسي المحيط الملف اللولبي (مغو) يمكن العثور عليها.

الطاقة في مجال مغناطيسي

وبالتالي ، يمكن تبسيط كثافة الطاقة في أي نقطة من المجال المغناطيسي في الفراغ إلى صيغة أكثر عمومية لـ:

كثافة الطاقة في المجال المغناطيسي
كثافة الطاقة في المجال المغناطيسي

تخبرنا معادلة كثافة الطاقة أعلاه لمجال المواد المغناطيسية أن الطاقة المخزنة في المجال لكل وحدة م3 موزعة على حجم الملف اللولبي يتناسب مع مربع شدة المجال المغناطيسي ب ، ويتناسب عكسيا مع نفاذية الوسط00 (للمساحة الحرة).

ينطبق هذا التعبير أيضا عندما يكون المجال المغناطيسي غير منتظم الشكل ، أو لأي منطقة من الفضاء يوجد فيها المجال حول مادة مغناطيسية.

مثال تعليمي رقم 2
يحتوي الملف اللولبي على محاثة تبلغ 2.0 مللي أمبير في الساعة. حساب ، (أ) الطاقة المغناطيسية المخزنة في المجال المحيط عندما يتدفق تيار كهربائي من 20 أمبير من خلال ذلك. (ب) أوجد كثافة طاقة المجال المغناطيسي إذا كان إجمالي حجم الملف اللولبي 0.16 مم 3. ج: ابحث أيضا عن شدة المجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي.

أ). الطاقة المغناطيسية المخزنة في الحقل

الطاقة المخزنة

ب). كثافة الطاقة في المجال المغناطيسي

تلميح ، تحويل مم 3 إلى م 3

كثافة الطاقة في المجال المغناطيسي

ج). قوة المجال المغناطيسي

تذكر ، نفاذية المساحة الحرة (00) يساوي 4 x س 10-7 (ح / م)

شدة المجال
أين يتم تخزين الطاقة المغناطيسية
يتم توزيع الطاقة المغناطيسية في جميع أنحاء حجم المنطقة التي يوجد فيها المجال المغناطيسي. نموذجي لملف لولبي من" ن "يتحول لكل وحدة طول وطول ℓ والمنطقة "أ". يتم إعطاء هذا الحجم ببساطة على النحو التالي: الخامس = أℓ.

عندما يكون المجال المغناطيسي متجانسا ، يصبح أقوى داخل القلب ، لذلك يتم تخزين معظم الطاقة هناك. إذا لم تكن هناك مادة مغناطيسية بالداخل (مغو قلب الهواء) ، يتم تخزين الطاقة داخل الفجوات والمساحة التي يتم إدخالها عن قصد في مسار خطوط التدفق.

أيضا ، يقوم المحث بتخزين الطاقة في مجاله المغناطيسي عندما يزداد التيار الكهربائي المتدفق من خلاله مما يؤدي إلى نموه. لكن يطلق هذه الطاقة المخزنة عندما ينخفض التيار أو ينقطع ، مع انهيار الحقل.