Индуктивна енергија

Енергија индуктора (В) је енергија магнетног поља коју ствара електрична струја И која тече кроз жицу овог калема. Главна карактеристика завојнице је његова индуктивност Л, односно способност стварања магнетног поља када електрична струја пролази кроз његов проводник. Сваки калем има своју индуктивност и облик, стога ће се магнетно поље за сваки калем разликовати по величини и правцу, иако струја може бити потпуно иста.

У зависности од геометрије одређеног калема, од магнетних својстава средине унутар и око њега, магнетно поље које ствара преношена струја у свакој разматраној тачки имаће одређену индукцију Б, као и величину магнетног флукса Ф. - такође ће се одредити за сваку од разматраних области С.

Ако покушамо да то објаснимо сасвим једноставно, онда индукција показује интензитет магнетног дејства (повезано снагом ампера), који је способан да изврши дато магнетно поље на проводник са струјом који се налази у том пољу, а магнетни флукс означава како је магнетна индукција распоређена по површини која се разматра.Дакле, енергија магнетног поља завојнице са струјом је локализована не директно у завојима завојнице, већ у запремини простора у коме постоји магнетно поље, које је повезано са струјом завојнице.

Чињеница да магнетно поље намотаја струје има стварну енергију може се открити експериментално. Хајде да саставимо коло у којем спајамо лампу са жарном нити паралелно са калемом са гвозденим језгром. Хајде да применимо константан напон из извора напајања на калем сијалице. У струјном колу ће се одмах успоставити струја, она ће тећи кроз сијалицу и кроз калем. Струја кроз сијалицу ће бити обрнуто пропорционална отпору њене нити, а струја кроз калем ће бити обрнуто пропорционална отпору жице којом је намотана.

Ако сада изненада отворите прекидач између извора напајања и струјног круга, сијалица ће се кратко, али прилично приметно пребацити. То значи да када смо искључили извор напајања струја из завојнице је јурила у лампу, што значи да је у завојници постојала ова струја, око себе је имао магнетно поље, а у тренутку када је магнетно поље нестало, појавио се ЕМФ у калему.

Ова индукована ЕМФ се назива самоиндукована ЕМФ јер је усмерена сопственим магнетним пољем завојнице са струјом на самом калему. Топлотни ефекат К струје у овом случају може се изразити производом вредности струје која је била уграђена у калем у тренутку отварања прекидача, отпора Р кола (намотај и жице лампе ) и трајање тренутног времена нестанка т.Напон који се развија на отпору кола може се изразити кроз индуктивност Л, импедансу кола Р и такође узимајући у обзир време нестанка струје дт.

Хајде да сада применимо израз за енергију завојнице В на посебан случај — соленоид са језгром који има одређену магнетну пермеабилност која се разликује од магнетне пермеабилности вакуума.

За почетак, изражавамо магнетни флукс Ф кроз површину попречног пресека С соленоида, број завоја Н и магнетну индукцију Б целом његовом дужином л. Запишимо прво индуктивност Б кроз струју петље И, број петљи по јединици дужине н и магнетну пермеабилност вакуума.

Хајде онда да заменимо овде запремину соленоида В. Пронашли смо формулу за магнетну енергију В и дозвољено нам је да од тога узмемо вредност в — запреминску густину магнетне енергије унутар соленоида.

Џејмс Клерк Максвел је једном показао да је израз за запреминску густину магнетне енергије тачан не само за соленоиде, али и за магнетна поља уопште.