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文檔簡介

磁場能量磁場能量場是物質存在的一種方式，因此場具有物質的基本屬性——能量.本節從磁場建立過程中所發生的電磁感應現象出發，探討磁場能量的來源、分布特征和計算方法.自感磁能一、上一節討論了自感現象，發現有自感線圈電路的電流是逐漸變化的.如圖10-23所示.圖10-23RL電路圖中電路的開關S突然由1撥到2時，自感線圈L中的電流不是立即消失，而是按指數規律逐漸衰減到零.開關S合到2上時，電源已經不再提供能量了，線圈中電流的能量從何而來呢?由于這時線圈中的電流是由電路中的自感電動勢產生，隨著線圈中磁場的消失而逐漸消失的，因此這部分能量是原來就儲存在通電線圈中的，或者是儲存在線圈磁場中的，稱為自感磁能.實際上，上述RL電路中線圈的自感為L，在線圈中電流由零增加到穩定值I的過程中，某一時刻的電流為i（0<i<I），在dt時間內，外電源搬運電荷dq反抗自感電動勢所做的元功為

dW=－Eldq

（10-12）式中，負號表示自感電動勢所做的負功.將dq=idt及線圈中的自感電動勢載流線圈中的磁場能量在電流相同的情況下，自感系數L越大，回路儲存的磁場能量越大.實驗證實，這個能量不屬于載流線圈，而屬于載流線圈內所建立的磁場.在式（10-13）中，并沒有體現出磁場能量與磁場的直接關聯，下面就來建立磁場能量與描述磁場的物理量之間的關系.磁場的能量密度三、可采用均勻密繞的細螺繞環（l>R）來討論上述問題.如圖10-24所示，當細螺繞環通電流I時，它內部的磁感應強度為B=μnI.圖10-24螺繞環從上節內容可知，細螺繞環的自感系數為L=μn2V.這樣，式（10-13）可改寫為

（10-14）

由于螺繞環內部是均勻磁場，于是，磁場中單位體積中分布的能量——能量密度，即可表示為(10-15)式(10-15)為磁場能量密度的結果，它說明任何磁場都具有能量，磁場能量存在于一切磁感應強度B≠0的空間.要說明一點，式(10-15)雖然是從螺繞環特例推出的結論，但可以證明上述結論適用于普遍情況.在非均勻磁場中，各點的B、H、μ不盡相同，計算磁場能量可在磁場中取一個微小體積元dV，在此微小部分的范圍內，各點的B、H、μ可以認為是相同的，于是體積元dV中的磁場能量為整個有限體積V中的磁場能量為(10-16)式(10-16)就是計算磁場能量的通

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