Rechner für Feldenergiedichte

Elektrische und magnetische Felder speichern Energie im gesamten von ihnen eingenommenen Volumen. Die Energiedichte misst diese Energie pro Volumeneinheit und wird in Joule pro Kubikmeter angegeben. Dieser Rechner ermittelt den elektrischen und magnetischen Anteil sowie deren Summe für lineare, isotrope Medien. Er ist nützlich für Kondensatoren, Induktivitäten, Spulen, Übertragungsleitungen, elektromagnetische Wellen, Isolationssysteme und andere Geräte, bei denen Feldenergie räumlich verteilt statt an einem Punkt konzentriert ist. Die elektrische Energiedichte ist die Hälfte der absoluten Permittivität mal dem Quadrat der elektrischen Feldstärke. Die absolute Permittivität ist die Vakuumpermittivität mal der relativen Dielektrizitätskonstante des Mediums. Der Rechner verwendet eine Vakuumpermittivität von etwa 8.8541878128 × 10^-12 Farad pro Meter. Bei gleicher vorgegebener Feldstärke speichert eine höhere relative Permittivität mehr elektrische Energie. Bei realen Kondensatoraufgaben bestimmen jedoch Spannung, freie Ladung und Geometrie die Feldänderung beim Einbringen eines Dielektrikums. Der richtige Vergleich hängt daher davon ab, was konstant bleibt. Die magnetische Energiedichte in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte B ist B zum Quadrat geteilt durch die doppelte absolute Permeabilität. Diese ist die Vakuumpermeabilität mal der relativen Permeabilität; die Vakuumpermeabilität beträgt etwa 1.25663706212 × 10^-6 Henry pro Meter. Da B in Tesla eingegeben wird, senkt eine höhere Permeabilität bei festem B die berechnete Dichte. Wird stattdessen die magnetische Feldstärke H konstant gehalten, lautet der gleichwertige Ausdruck: die Hälfte der Permeabilität mal H zum Quadrat. Die Formeln setzen ein lineares Material voraus, dessen Permittivität und Permeabilität nicht von Feldstärke, Richtung, Frequenz, Temperatur oder Ort abhängen. Ferromagnetische Kerne können nichtlinear, hysteretisch und frequenzabhängig sein; Dielektrika können Verluste und Dispersion zeigen. Das Werkzeug liefert daher eine ideale lokale Energiedichte, keine vollständige Finite-Elemente- oder Verlustanalyse. Verwenden Sie bei zeitabhängigen Signalen einheitlich Effektiv- oder Spitzenwerte. Bei Sinuswellen variiert die momentane Dichte während der Periode; zeitliche Mittelwerte erfordern die passende Effektivwertkonvention. Getrennte Ergebnisse zeigen, ob elektrische oder magnetische Speicherung überwiegt, und helfen bei schnellen Kontrollen elektromagnetischer Entwürfe und Physikaufgaben.