 | Магнитостатическая энергия |  |
Энергия стационарного магнитного поля в неферромагнитной изотропной среде
Анимация Описание Всякий электрический ток всегда окружен магнитным полем. Стационарные магнитные поля - поля постоянных электрических токов. Для установления тока I в электрической цепи необходимо совершить работу. Эту работу производит источник тока, включенный в цепь. В случае нарастающего тока работа источника больше количества выделившегося тепла. Дополнительная работа А, затрачиваемая на увеличение силы тока от 0 до I, равна энергии W, запасаемой контуром при установлении в нем тока:  , (1)
 - собственная энергия тока I в данном контуре с индуктивностью L.
Индуктивностью замкнутого проводящего контура называется скалярная величина, равная отношению магнитного потока, сцепленного с контуром (потокосцепления), к силе тока в этом контуре. Единицей индуктивности в системе СИ является генри (Гн). Это индуктивность такого контура, в котором при силе тока в 1А возникает магнитный поток в 1 Вб. 1Гн = 1Вб/А. Увеличение силы тока I в проводнике вызывает соответствующее усиление его магнитного поля, которое, подобно электрическому полю, обладает энергией. Собственная энергия токов есть не что иное, как энергия магнитного поля данного контура с током. В качестве примера рассмотрим однородное магнитное поле длинного соленоида (длина соленоида намного больше его диаметра) с неферромагнитным сердечником. Индуктивность такого соленоида: L = m0mn2V, (2) где m0 - магнитная постоянная, m0 = 4p 10-7 Гн/м; m - магнитная проницаемость вещества, безразмерная величина; она характеризует магнитные свойства вещества и зависит от рода вещества и от его состояния (например, температуры); V- объем однородного поля внутри соленоида; n - число витков обмотки, приходящихся на единицу длины соленоида. При пропускании тока через обмотку соленоида внутри него возникает магнитное поле с индукцией В (рис. 1). Магнитное поле внутри длинного соленоида 
Рис. 1 Магнитная индукция однородного поля внутри такого соленоида: B = m0mn2I, откуда:  , (3)
Подставляя выражения (2) и (3) в (1), получим величину магнитной энергии однородного магнитного поля внутри длинного соленоида с током I:  . (4)
Поскольку поле однородно, его энергия Wm распределена равномерно по всему объему поля V с объемной плотностью wm:  . (5)
Так как индукция B и напряженность магнитного поля H в изотропной среде связаны соотношением B = m0mn2H, выражение для объемной плотности энергии магнитного поля можно записать в следующих трех эквивалентных формах:  .
В случае неоднородного магнитного поля тока I, проходящего по проводнику произвольной формы, энергия распределена в поле неравномерно. Напишем выражение для энергии малого участка магнитного поля объемом dV, выбранного таким образом, что в его пределах объемную плотность энергии wm можно считать всюду одинаковой:  .
Соответственно энергия, локализованная, в объеме V равна:  , (6)
где интегрирование проводится по объему поля V. При получении формулы (6) предполагалось, что L - постоянная величина. Это утверждение точно выполняется для вакуума и с хорошей точностью для неферромагнитных изотропных сред (диамагнетиков и парамагнетиков). В качестве примера неоднородного поля можно рассмотреть магнитное поле в вакууме, создаваемое длинным прямым проводником с постоянным током I. Пусть проводник расположен перпендикулярно плоскости рисунка и электрический ток I направлен к нам. Силовые линии магнитного поля в этом случае являются концентрическими окружностями, ось которых совпадает с проводником (рис. 2). Магнитного поле прямого тока 
Рис. 2 Магнитная индукция В вне проводника описывается формулой:  ,
объемная плотность энергии:  . (7)
Из приведенных формул видно, что, чем больше расстояние до проводника, тем меньше магнитная индукция и, следовательно, объемная плотность магнитной энергии. Начало исследований электромагнитных явлений было положено опытом датского физика Х.Эрстеда в 1820 г. Термин "магнитное поле" впервые ввел в 1832 г. английский физик М.Фарадей. Временные характеристики Время инициации (log to от -10 до 3); Время существования (log tc от 15 до 15); Время деградации (log td от -10 до 3); Время оптимального проявления (log tk от -10 до 3). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Техническая реализация магнитостатической энергии Простейшая техническая реализация магнитостатической энергии описана выше не примере включения соленода в цепь постоянного тока. Применение эффекта Магнитоэлектрический измерительный механизм, основанный на взаимодействии постоянного магнитного поля и подвижной катушки с током. При протекании тока возникают силы, создающие вращательный момент, который по мере поворота рамки уравновешивается механическим противодействующим моментом. Вращающий момент пропорционален току, числу витков катушки, ее площади и индукции В магнитного поля. Магнитометры, магнитоэлектрические реле, магнитные ловушки, масс-спектрометры, магнитогидродинамические генераторы и т. д. Литература  1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики.- М.: Высшая школа, 1989.
2. Физический энциклопедический словарь.- М.: Советская энциклопедия, 1983. |