ذخیره انرژی و تکانه در میدان مغناطیسی

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 620

سپاس: 391

جنسیت:

تماس:

ذخیره انرژی و تکانه در میدان مغناطیسی

پست توسط rohamjpl »

چگونه یک میدان مغناطیسی امکان ذخیره انرژی و حرکت را دارد؟ و آیا می تواند آن را به یک جسم دیگر (شارژ / دو قطبی) یا زمینه تحویل دهد؟ نمی توانم آن را به تصویر بکشم. من می دانم که رخ می دهد اما چگونه؟به عنوان مثال ، نیروی لورنتس که بر روی سیم حامل جریان قرار گرفته در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرد ، چگونه می توان انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی و حرکت را به آن سیستم ها مرتبط کرد؟هنگامی که یک میدان مغناطیسی بسیار کم دارید ، خطوط میدانی را با فاصله از یکدیگر ترسیم می کنید. با افزایش میدان ، خطوط میدان به هم نزدیکتر می شوند. حال اگر فکر می کنید خطوط میدانی یکدیگر را دفع می کنند ، این شبیه فشرده سازی گاز با افزودن مولکول های بیشتر به یک حجم است: با افزودن مولکول های بیشتر ، فشار بالا می رود و انرژی ذخیره شده در گاز بالا می رود. هر بار که مولکول دیگری اضافه می کنید باید در برابر فشار بیشتری کار کنید ، بنابراین انرژی ذخیره شده به صورت مربع فشار می رود. همان چیزی که برای میدان های مغناطیسی وجود دارد: اگر خطوط میدان را دفع کننده می دانید ، "افزودن یک خط میدان دیگر" به دسته ای که از قبل وجود دارد (به عنوان مثال ، در داخل حلقه فعلی شما) شما را ملزم به کار می کند - هرچه میدان بزرگتر باشد ، کار بیشتر این است که یک خط دیگر اضافه کنید.و اگر اجازه دهید میدان مغناطیسی "فرار" کند (شبیه انبساط گاز) ، تغییر$\frac{dB}{dt}$ منجر به القای جریان و ولتاژ و کار در حال انجام می شود - به این ترتیب می توان دوباره انرژی را استخراج کرد.در مورد آهن ربا. باز هم باید لحظه های دو قطبی مغناطیسی ذرات درگیر را در نظر بگیریم. با ساخت سیم پیچ از سیم هیچ میدان مغناطیسی نخواهید داشت. فقط پس از ارسال الکترون از طریق سیم (با کمک اختلاف پتانسیل الکترواستاتیک ، که الکترونها را از منبع به سمت غرق می کند ، جریان نامیده می شود) ، یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود. چگونه این اتفاق می افتد؟ من نمی خواهم همان چیزی را که در مورد القای میدان مغناطیسی با ترازبندی لحظات دو قطبی مغناطیسی درگیرها - به صورت شتاب دار - الکترون ها توضیح داده ام ، تکرار کنم.
بیان این نکته مهم است که وقتی الکترونهای بیشتری از طریق سیم خم شده به صورت مارپیچ عبور می کنند (در برخی از محدوده ها با توجه به مقاومت اهمی و از دست دادن گرما) ، میدان مغناطیسی چنین سیم پیچ قوی می شود. اما کار چنین آهنربا توسط جریان الکتریکی انجام می شود. با قرار دادن یک هسته آهنی در سیم پیچ می توان میدان مغناطیسی را افزایش داد. با انجام این کار مقاومت سیم پیچ افزایش می یابد (نه اهم ، مقاومت القایی است) ، منبع الکتریکی مسئول این کار است.
درباره قسمت دوم سوال شما. نیروی لورنتس انرژی جنبشی ذرات باردار را به انحراف تبدیل می کند (و این دوباره شتاب است). میدان مغناطیسی خارجی تعدیل کننده یا کاتالیزور است اما برای مدت طولانی از ذرات در حال حرکت انرژی دریافت نمی کند و ذخیره نمی کند. اثبات آن آسان است. آهنربای دائمی با همان قدرت مغناطیس الکتریکی همان نیروی لورنتس ذرات باردار متحرک را القا می کند و در عین حال آهنربا دائمی قدرت میدان مغناطیسی خود را از دست نمی دهد. من در لینک بالا توضیح دادم که تبدیل انرژی جنبشی به گرما کار می کند.
میدان های مغناطیسی و الکتریکی با هم ارتباط مستقیمی ندارند. در تمام پدیده های القایی (القای جریان در یک ژنراتور ، تولید یک میدان مغناطیسی با حرکت یک رسانا به طور عرضی به جهت جریان و نیروی لورنتس) یک میدان می تواند میدان دیگر را القا کند. اما هرگز یک جسم باردار الکتریکی (اگر این جسم مغناطیسی پذیر نباشد) توسط یک میدان مغناطیسی جذب نخواهد شد و همچنین یک آهنربا توسط یک میدان الکتریکی جذب نخواهد شد (اگر این جسم قطبی نباشد).فرمول انرژی ذخیره شده در یک میدان مغناطیسی $\text{E} = \frac{1}{2} \text{LI}^2.$ است.
انرژی ذخیره شده در یک میدان مغناطیسی برابر با کار مورد نیاز برای تولید جریان از طریق سلف است.
انرژی در یک میدان مغناطیسی ذخیره می شود. چگالی انرژی را می توان به صورت زیر نوشت$\text{u}_\text{B} = \frac{\text{B}^2}{2\mu}$ومیشه گفت $\text{E} = \frac{1}{2} \text{LI}^2 = \frac{1}{2} \frac{\mu \text{N}^2 \text{A}}{\text{L}} \frac{\text{B}^2 \text{L}^2}{\mu^2 \text{N}^2} = \frac{\text{B}^2}{2\mu}~\text{AL}$(ℓ: طول ، N: تعداد دور ، I: جریان ، A: سطح مقطع) که به عنوان سلف کار می کند.چگونه انرژی در میدان های مغناطیسی و الکتریکی ذخیره می شود؟ما می گوییم که انرژی مرتبط با میدان های الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد. به عنوان مثال ، در مورد یک سلف ، ما پاسخ مبهمی می دهیم که می گویند انرژی $\frac{1}{2} LI^2$ در میدان مغناطیسی اطراف سلف ذخیره شده است.
برای خازن می گوییم انرژی در این میدان ذخیره می شود. این قابل درک است زیرا میدان الکتریکی سعی در ترکیب بارهای صفحات دارد اما یک مانع فیزیکی وجود دارد که جدا می شود. به عبارت دیگر ، می توانم بگویم که انرژی به عنوان انرژی پتانسیل الکتریکی بارها در دو صفحه ذخیره می شود.
اینکه بگوییم انرژی مرتبط با میدان های مغناطیسی سلف وجود دارد ، به چه معناست؟ تک قطبی مغناطیسی وجود ندارد که انرژی پتانسیل مغناطیسی را ذخیره کند ، اما آیا ممکن است دو قطبی مغناطیسی ذخیره کننده انرژی باشد؟ک خازن شارژ شده بردارید. تمام بارهای منفی در یک صورت و همه مثبت در صورت دیگر هستند و یک میدان الکتریکی کلاسیک بین صفحات وجود دارد که دارای انرژی است. این انرژی ، انرژی پتانسیل است که بارهای مکانیکی کوانتوم را از هم جدا می کند ، الکترون ها از یک طرف به طرف دیگر منتقل شده و یون ها ایجاد شده اند و انرژی ذخیره شده از این عملیات حاصل می شود.
اگر شخصی الکترون را به خودی خود بگیرد ، یک بار وجود دارد و یک میدان الکتریکی از نظر ریاضی با آن بار مرتبط است ، اما انرژی دیگری وجود ندارد که بتواند به الکترون منفرد گرفته شود یا به آن داده شود زیرا این بار ذاتی است. بنابراین چگونگی گروههایی که میدانهای الکتریکی می دهند ، در پایان با سوال اساسی در سطح یک الکترون منفرد پاسخ می یابد "زیرا این همان چیزی است که مشاهده شده است".چگونه می توان انرژی را در یک میدان ذخیره کرد؟انرژی ذخیره شده توسط میدان الکتریکی در ظرفیت آن بیان می شود. آن را مانند یک فشار یا فشار در ناحیه ای از فضا که بارهای دی الکتریک یا دو قطبی مانند خازن وجود دارد ذخیره می کند. هرچه فضای بین صفحات خازن نزدیکتر باشد ، ظرفیت میدان الکتریکی بیشتر است.$\dfrac{1}{2}\epsilon E^2$و$u = \frac{1}{2}\left(\epsilon_0E^2 + \frac{1}{\mu_0}B^2\right)$
تصویر

ارسال پست