Energia induttiva

L'energia dell'induttore (W) è l'energia del campo magnetico generato dalla corrente elettrica che scorre attraverso il filo di questa bobina. La caratteristica principale della bobina è la sua induttanza L, cioè la capacità di creare un campo magnetico quando una corrente elettrica passa attraverso il suo conduttore. Ogni bobina ha la propria induttanza e forma, quindi il campo magnetico per ciascuna bobina differirà in intensità e direzione, anche se la corrente potrebbe essere esattamente la stessa.

A seconda della geometria di una certa bobina, delle proprietà magnetiche del mezzo al suo interno e attorno ad essa, il campo magnetico creato dalla corrente trasmessa in ciascun punto considerato avrà una certa induzione B, nonché l'entità del flusso magnetico Ф - sarà inoltre determinato per ciascuna delle aree considerate S.

Se proviamo a spiegarlo in modo abbastanza semplice, allora l'induzione mostra l'intensità dell'azione magnetica (correlata con la potenza dell'ampere), che è in grado di esercitare un dato campo magnetico su un conduttore percorso da corrente posto in quel campo, e il flusso magnetico indica come l'induzione magnetica è distribuita sulla superficie considerata.Pertanto, l'energia del campo magnetico della bobina con la corrente è localizzata non direttamente nelle spire della bobina, ma nel volume di spazio in cui esiste il campo magnetico, che è associato alla corrente della bobina.

Il fatto che il campo magnetico della bobina di corrente abbia energia reale può essere scoperto sperimentalmente. Mettiamo insieme un circuito in cui colleghiamo una lampada a incandescenza in parallelo con una bobina con nucleo di ferro. Applichiamo una tensione costante da una fonte di alimentazione alla bobina della lampadina. Una corrente verrà immediatamente stabilita nel circuito di carico, scorrerà attraverso il bulbo e attraverso la bobina. La corrente attraverso la lampadina sarà inversamente proporzionale alla resistenza del suo filamento, e la corrente attraverso la bobina sarà inversamente proporzionale alla resistenza del filo con cui è avvolta.

Se ora apri improvvisamente l'interruttore tra la fonte di alimentazione e il circuito di carico, la lampadina si accenderà brevemente, ma in modo abbastanza evidente. Ciò significa che quando abbiamo spento la fonte di alimentazione, la corrente dalla bobina si è precipitata nella lampada, il che significa che nella bobina c'era questa corrente, aveva un campo magnetico attorno e nel momento in cui il campo magnetico è scomparso, un EMF è apparso nella bobina.

Questo EMF indotto è chiamato EMF autoindotto perché è diretto dal campo magnetico della bobina con una corrente sulla bobina stessa. L'effetto termico Q della corrente in questo caso può essere espresso dal prodotto dei valori della corrente che era installata nella bobina al momento dell'apertura dell'interruttore, la resistenza R del circuito (bobina e fili della lampada ) e la durata dell'attuale tempo di scomparsa t.La tensione sviluppata ai capi della resistenza del circuito può essere espressa in termini di induttanza L, impedenza del circuito R e tenendo conto anche del tempo di scomparsa della corrente dt.

Applichiamo ora l'espressione per l'energia della bobina W a un caso particolare: un solenoide con un nucleo avente una certa permeabilità magnetica diversa dalla permeabilità magnetica del vuoto.

Per cominciare, esprimiamo il flusso magnetico F attraverso l'area della sezione trasversale S del solenoide, il numero di spire N e l'induzione magnetica B lungo tutta la sua lunghezza l. Per prima cosa registriamo l'induttanza B attraverso la corrente di anello I, il numero di anelli per unità di lunghezza n e la permeabilità magnetica del vuoto.

Sostituiamo quindi qui il volume del solenoide V. Abbiamo trovato la formula per l'energia magnetica W, e possiamo ricavare da essa il valore w, la densità volumetrica dell'energia magnetica all'interno del solenoide.

James Clerk Maxwell una volta dimostrò che l'espressione per la densità volumetrica dell'energia magnetica è vera non solo per i solenoidi, ma anche per i campi magnetici in generale.