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恒定磁场的能量
恒定磁场的能量1.磁场能量在恒定磁场建立过程中，电源克服感应电动势做功所供给的能量，就全部转化成磁场能量。电流回路在恒定磁场中受到磁场力的作用而运动，表明恒定磁场具有能量。磁场能量是在建立电流的过程中，由电源供给的。当电流从零开始增加时，回路中的感应电动势要阻止电流的增加，因而必须有外加电压克服回路中的感应电动势。假定建立并维持恒定电流时，没有热损耗。假定在恒定电流建立过程中，电流的变化足够缓慢，没有辐射损耗。2.磁场能量密度从场的观点来看，磁场能量分布于磁场所在的整个空间。　磁场能量密度：　磁场的总能量：积分区域为电场所在的整个空间　对于线性、各向同性介质，则有例3.3.8同轴电缆的内导体半径为a，外导体的内、外半径分别为b和c，如图所示。导体中通有电流I，试求同轴电缆中单位长度储存的磁场能量与自感。解：由安培环路定理，得三个区域单位长度内的磁场能量分别为单位长度内总的磁场能量为单位长度的总自感内导体的内自感内外导体间的外自感外导体的内自感3.3.5磁场力假定第i个回路在磁场力的作用下产生一个虚位移dgi。此时，磁场力做功dA＝Fidgi，系统的能量增加dWm。根据能量守恒定律，有式中dWS是与各电流回路相连接的外电源提供的能量。具体计算过程中，可假定各回路电流维持不变，或假定与各回路交链的磁通维持不变。虚位移原理1 .各回路电流维持不变若假定各回路中电流不改变，则回路中的磁链必定发生改变，因此两个回路都有感应电动势。此时，外接电源必然要做功来克服感应电动势以保持各回路中电流不变。此时，电源所提供的能量即于是有故得到不变系统增加的磁能2.各回路的磁通不变故得到式中的“－”号表示磁场力做功是靠减少系统的磁场能量来实现的。若假定各回路的磁通不变，则各回路中的电流必定发生改变。由于各回路的磁通不变，回路中都没有感应电动势，故与回路相连接的电源不对回路输入能量，即dWS＝0，因此不变例3.3.9如图所示的一个电磁铁，由铁轭（绕有N匝线圈的铁心）和衔铁构成。铁轭和衔铁的横截面积均为S，平均长度分别为l1和l2。铁轭与衔铁之间有一很小的空气隙，其长度为x。设线圈中的电流为I，铁轭和衔铁的磁导率为 。若忽略漏磁和边缘效应，求铁轭对衔铁的吸引力。解在忽略漏磁和边缘效应的情况下，若保持磁通Ψ不变，则B和H不变，储存在铁轭和衔铁中的磁场能量也不变，而空气隙中的磁场能量则要变化。于是作用在衔铁上的磁场力为电磁铁空气隙中的磁场强度变若采用式 计算，由储存在系统中的磁场能量由于 和 ，考虑到 ，可得到同样得到铁轭对衔铁的吸引力为根据安培环路定理，有自然边界条件 （无界空间）周期边界条件衔接条件不同媒质分界面上的边界条件，如

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