最近在学习《电磁学》,偶然想到这个问题,在论坛中搜了一下,发现每个人对这个问题有不同的理解,进而导致众说纷纭,真假难辨。
如以下两帖:
变压器、电感之二:变压器的能量究竟储存在哪里?
为什么能量大部分储存在气息中
上面两个帖子中,每个帖子下面都有大量的讨论,而且大家基本上都是在定性的讨论,没有通过定量计算来支持自己的论点。说明大家对这个问题基本都只有感性的认识,理解得不够深刻。(当然,肯定也有些同学是深刻理解的,只是没时间来详细阐述,从而造成懂的人一直都懂,不懂的人也一直都不懂的局面。)
最近自学电磁学以后,我对这个问题也进行了一些思考,得出了一点见解。现在把我的思考贴出来,供大家参考。
首先,电容的能量存在于电场之中,电感的能量存在于磁场之中。真空中电场的场能密度为We=0.5*ε0*E^2,其中ε0为真空介电常数,E为电场强度。真空中磁场的场能密度为Wm=0.5*(1/μ0)*B^2,其中μ0为真空磁导率,B为磁通密度。场能密度的定义是电磁场中的能量与其体积之比。(可参考《普通物理学教程电磁学》,梁灿彬,第四版,88页和252页)
在此基础上,就可以计算使用带气隙的磁芯绕制的电感中的能量分布情况,从而计算出磁芯和气隙中存储的能量究竟哪个比较多。
以一个环形电感为例:
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