磁場能量磁能公式

電感線圈也是一個儲能元件，線圈中儲存的磁場能量為

與電場能量相比，磁場能量和電場能量有許多相同的特點：

(1) 磁場能量和電場能量在電路中的轉化都是可逆的。例如，隨著電流的增大，線圈的磁場增強，儲入的磁場能量增多；隨著電流的減小，磁場減弱，磁場能量通過電磁感應的作用，又轉化為電能。因此，線圈和電容器一樣是儲能元件，而不是電阻類的耗能元件。

(2) 磁場能量的計算公式，在形式上與電場能量的計算公式相同。

磁場建立過程中本身儲存的能量。簡稱磁能。在一個線圈中建立磁場，電流從零增加到穩(wěn)定值的過程中，電源要反抗自感電動勢做功，與這部分功相聯(lián)系著的能量稱為自感磁能。若在兩個存在互感作用的線圈中分別通入電流時，電源除反抗自感電動勢做功外，還要反抗線圈間的互感電動勢而做功，和反抗互感電動勢做功相聯(lián)系的能量稱為互感磁能?？梢宰C明自感線圈中儲存的磁能為Wm=1/2LI2。式中L是線圈的自感系數(shù)，I是其中通過的電流。對于空心長螺線管(近似看作無限長)，其自感系數(shù)L=μ₀n2V。式中n是單位長度上線圈的匝數(shù)，V是螺線管的體積。將上式代入自感線圈的磁能公式得Wm=1/2(μ₀n2V)I2。由公式可知自感磁能與螺線管的體積有關。長螺線管中磁場是均勻的，磁場能量應在線圈所圍體積內均勻分布，所以單位體積中的磁能為wm=wm/V=₁/2BH(因為B=μ0nI，H=n_l)。wm稱為磁場能量密度，簡稱磁能密度。一般寫成wm=1/2B·H。磁能密度的數(shù)學表述雖由特例推出，但可以證明它是普遍成立的。對于非均勻磁場每一點的磁能密度仍用上式表示，只是場中各點的值不同而已。在非均勻磁場中，若求磁場的總磁能，可以表述為：Wm=VwmdV=1/2V(B·H)_dV。以上所述是在穩(wěn)恒磁場中的情況，這時磁能總與電流相伴隨，把磁能看成是與電流相聯(lián)系還是儲存在磁場中，兩種觀點效果完全相同。但在變化的電磁場中，磁場可以脫離電流而存在，這種磁場也具有能量，其磁能密度的表達式仍為wm=1/2B·H。在一般情況下，變化電磁場以波的形式傳播，在傳播過程中同時也傳播著能量，所以能量儲存在磁場中的觀點是正確的。

單位體積內的磁場能量稱為磁場能量密度。定義式：ω=W/V=(BH)/2。其中V是體積，B是磁感應強度，H是磁場強度，H=B/μ。

存在于載流導體、永久磁體、運動電荷或時變電場等周圍空間的，以磁感應強度表征的一種特殊形式的物質。磁場的物質性，可由它的如下許多特性顯示出來：磁場具有能量;磁場對運動電荷、載流導體有作用力;導線在磁場中運動或處在時變磁場中都將在導線中引起感應電動勢，發(fā)電機、變壓器就是根據(jù)這一原理制成的;在磁場的作用下，磁致伸縮材料會發(fā)生變形，呈現(xiàn)磁致伸縮現(xiàn)象;將載流導體置于磁場中，導體的橫向兩側將出現(xiàn)電位差，即產生霍耳效應;磁場可使載流導體或半導體的電阻發(fā)生變化，即產生磁致電阻效應，等等。描述磁場的基本物理量是磁感應強度B和重要的輔助量磁場強度H。

恒定磁場和時變磁場在空間某區(qū)域內，若各處的磁感應強度的量值和方向都不隨時間變化，該區(qū)域中的磁場稱恒定磁場，否則稱時變磁場。時變磁場總是和時變電場相互關聯(lián)，以電磁波的形式存在。研究某一區(qū)域中的時變磁場時，若電磁波的波長遠大于區(qū)域的線度尺寸，則可忽略位移電流對磁場的作用，這種時變磁場稱似穩(wěn)磁場。大多數(shù)電力設備中的時變磁場可以認為是似穩(wěn)磁場。

均勻磁場和非均勻磁場任何時刻，若空間某區(qū)域內各處的磁感應強度的量值和方向都相同，稱區(qū)域中的磁場為均勻磁場，否則稱非均勻磁場。

媒質的磁化位于磁場中的媒質將產生磁化效應。為宏觀描述媒質的磁化狀態(tài)及其對外磁場的影響，引入了磁場強度這一概念。磁感應強度和磁場強度的關系，常用磁化曲線表示。電機工程中，在許多場合下，只考慮鐵磁材料的磁化;非鐵磁材料的磁化很弱，一般不予考慮，即認為這種材料的磁導率和真空磁導率相同。

磁場的基本規(guī)律磁場具有如下的基本規(guī)律。

磁通量的連續(xù)性穿過任何閉合面的磁通量等于零(見磁通量)。

磁場強度的環(huán)路積分規(guī)律磁場強度沿閉合路徑的線積分，等于穿過以該閉合路徑為周界的曲面上的全電流(見磁場強度)。

磁場的能量密度在線性媒質中，單位體積內的磁場能量或磁場能量密度，等于(B·H)/2。

媒質分界面處磁場量滿足的條件在媒質1和媒質2的分界面上有：①媒質1、2的磁感應強度的法向分量B_1n、B_2n連續(xù)，即B_1n=B_2n;②媒質1、2的磁場強度的切向分量H_1t、H_2t之差，等于分界面上的面電流密度Js(Js的方向垂直于H_1t和H_2t)，即H_1t-H_2t=Js。不存在面電流時，H_1t、H_2t連續(xù)。