Cewka - napięcie, prąd i energia

Wyprowadzenie wzorów na chwilowe wartości napięcia, prądu i energii cewki o indukcyjności L. Indukcyjność cewki jest uznawana jako parametr stały, niezależny od czasu t

Napięcie cewki

Napięcie chwilowe cewki

Skojarzony strumień magnetyczny równy jest iloczynowi indukcyjności cewki i prądu przez nią przepływającego. Zmiana prądu Δi powoduje zmianę strumienia ΔΨ. Jeżeli te zmiany odbywają się w odcinku czasowym Δt wówczas można zapisać równanie. Przechodząc do granicy Δt→0 otrzymuje się równanie. Napięcie chwilowe cewki jest więc równe iloczynowi indukcyjności i pochodnej z prądu cewki po czasie. Z otrzymanego wzoru wynika iż zmiany prądu w cewce indukują w niej napięcie, im większa zmiana prądu w czasie tym większe jest indukowane napięcie.

Prąd cewki

Prąd chwilowy cewki

Prąd chwilowy cewki wyznaczany jest z równania na napięcie chwilowe cewki. W wyniku odpowiedniego przekształcenia wspomnianego równania powstaje równanie różniczkowe o zmiennych rozdzielonych, gdzie jedną zmienną jest prąd cewki a drugą napięcie cewki.

Energia cewki

Energia zgromadzona w cewce

Cewka posiada zdoloność do gromadzenia energii w polu magnetycznym. Wzór na energię cewki wyprowadzany z ogólnego wzoru na energię/pracę. Praca jest całką z mocy chwilowej p w czasie t → W=∫p·dt, uwzględniając fakt iż moc chwilowa jest iloczynem napięcia chwilowego i prądu chwilowego → p=u·i oraz biorąc pod uwagę wzory wyprowadzone wcześniej, w rezultacie otrzymuje się wzór na energię zgromadzoną w cewce indukcyjnej. Należy zwrócić uwagę na fakt że energia zgromadzona w cewce jest proporcjonalna w prądu w potędze drugiej.