Какова энергия магнитного поля в катушке длиной l= 50 см, имеющей N= 10 витков диаметром d = 20 см, если по ней протекает ток I = 2 мА? Найдите объемную плотность энергии

ответ: W=16*π²*10^(-13) Дж, w=32*10^(-11) Дж/м³.

Объяснение:

Энергия магнитного поля W=L*i²/2, поэтому - так как сила тока известна - нам остаётся определить индуктивность катушки L. Индуктивность L=μ*μ0*N²*S/L, где μ=1 - магнитная проницаемость воздуха, μ0=4*π*10^(-7) Гн/м - абсолютная магнитная проницаемость, N=10 - число витков катушки, L=50 см=0,5 м - средняя длина катушки, S=π*d²/4 - площадь её поперечного сечения. Так как по условию d=20 см =0,2 м, то S=π*0,04/4=0,01*π м² и тогда L=1*4*π*10^(-7)*100*0,01*π/0,5=8*π²*10^(-7) Гн. Тогда W=8*π²*10^(-7)*4*10^(-6)/2=16*π²*10^(-13) Дж. Объёмная плотность энергии w=W/V=W/(S*L)=16*π²*10^(-13)/(0,01*π²*0,5)=32*10^(-11) Дж/м³.