energía inductiva
La energía del inductor (W) es la energía del campo magnético generado por la corriente eléctrica I que fluye a través del alambre de esta bobina. La característica principal de la bobina es su inductancia L, es decir, la capacidad de crear un campo magnético cuando una corriente eléctrica pasa a través de su conductor. Cada bobina tiene su propia inductancia y forma, por lo que el campo magnético de cada bobina diferirá en magnitud y dirección, aunque la corriente sea exactamente la misma.
Dependiendo de la geometría de una determinada bobina, de las propiedades magnéticas del medio dentro y alrededor de ella, el campo magnético creado por la corriente transmitida en cada punto considerado tendrá una cierta inducción B, así como la magnitud del flujo magnético Ф - También se determinará para cada una de las áreas consideradas S.
Si tratamos de explicarlo de manera bastante simple, entonces la inducción muestra la intensidad de la acción magnética (relacionada con la potencia del amperio), que es capaz de ejercer un campo magnético dado sobre un conductor portador de corriente colocado en ese campo, y el flujo magnético significa cómo se distribuye la inducción magnética sobre la superficie considerada.Por lo tanto, la energía del campo magnético de la bobina con la corriente no se localiza directamente en las vueltas de la bobina, sino en el volumen del espacio en el que existe el campo magnético, que está asociado con la corriente de la bobina.
El hecho de que el campo magnético de la bobina actual tenga energía real se puede descubrir experimentalmente. Armamos un circuito en el que conectamos una lámpara incandescente en paralelo con una bobina de núcleo de hierro. Apliquemos un voltaje constante desde una fuente de energía a la bobina de la bombilla. Inmediatamente se establecerá una corriente en el circuito de carga, fluirá a través de la bombilla y a través de la bobina. La corriente a través de la bombilla será inversamente proporcional a la resistencia de su filamento, y la corriente a través de la bobina será inversamente proporcional a la resistencia del alambre con el que está enrollado.
Si ahora abre repentinamente el interruptor entre la fuente de alimentación y el circuito de carga, la bombilla cambiará brevemente, pero de manera bastante notable. Esto significa que cuando apagamos la fuente de alimentación, la corriente de la bobina se precipitó hacia la lámpara, lo que significa que en la bobina había esta corriente, tenía un campo magnético a su alrededor, y en el momento en que desapareció el campo magnético, apareció un EMF en la bobina.
Esta EMF inducida se denomina EMF autoinducida porque está dirigida por el propio campo magnético de la bobina con una corriente en la propia bobina. El efecto térmico Q de la corriente en este caso se puede expresar por el producto de los valores de la corriente que se instaló en la bobina al momento de abrir el interruptor, la resistencia R del circuito (bobina y cables de la lámpara ) y la duración del tiempo de desaparición de corriente t.El voltaje desarrollado a través de la resistencia del circuito se puede expresar en términos de la inductancia L, la impedancia del circuito R y también teniendo en cuenta el tiempo de desaparición de la corriente dt.
Apliquemos ahora la expresión para la energía de la bobina W a un caso particular: un solenoide con un núcleo que tiene una cierta permeabilidad magnética que es diferente de la permeabilidad magnética del vacío.
Para empezar, expresamos el flujo magnético F a través del área de la sección transversal S del solenoide, el número de vueltas N y la inducción magnética B en toda su longitud l. Primero registremos la inductancia B a través de la corriente de bucle I, el número de bucles por unidad de longitud n y la permeabilidad magnética del vacío.
Entonces, sustituyamos aquí el volumen del solenoide V. Hemos encontrado la fórmula para la energía magnética W, y podemos tomar de ahí el valor w, la densidad de volumen de la energía magnética dentro del solenoide.
James Clerk Maxwell demostró una vez que la expresión para la densidad de volumen de la energía magnética es verdadera no solo para solenoides, sino también para campos magnéticos en general.