Calculadora de densidad de energía de campos

Los campos eléctricos y magnéticos almacenan energía en todo el volumen que ocupan. La densidad de energía mide esa energía por unidad de volumen y se expresa en julios por metro cúbico. Esta calculadora evalúa la contribución eléctrica, la magnética y su suma para medios lineales e isótropos. Es útil para estudiar condensadores, inductores, solenoides, líneas de transmisión, ondas electromagnéticas, sistemas de aislamiento y otros dispositivos donde la energía del campo se distribuye por el espacio en lugar de concentrarse en un punto. La densidad de energía eléctrica es la mitad de la permitividad absoluta multiplicada por el cuadrado del campo eléctrico. La permitividad absoluta es la del vacío multiplicada por la constante dieléctrica relativa del medio. La calculadora usa una permitividad del vacío de aproximadamente 8.8541878128 × 10^-12 faradios por metro. Una mayor permitividad relativa almacena más energía eléctrica para un mismo campo especificado. Sin embargo, en problemas reales de condensadores, el voltaje, la carga libre y la geometría pueden determinar cómo cambia el campo al introducir un dieléctrico, por lo que la comparación depende de qué se mantiene constante. La densidad de energía magnética expresada mediante la densidad de flujo B es B al cuadrado dividido por el doble de la permeabilidad absoluta. Esta es la permeabilidad del vacío multiplicada por la relativa; la del vacío vale aproximadamente 1.25663706212 × 10^-6 henrios por metro. Como la entrada es B en teslas, aumentar la permeabilidad manteniendo B fijo reduce la densidad calculada. Si se mantiene fija la intensidad magnética H, la expresión equivalente es la mitad de la permeabilidad por H al cuadrado. Las fórmulas suponen un material lineal cuya permitividad y permeabilidad no varían con la intensidad, dirección, frecuencia, temperatura o posición. Los núcleos ferromagnéticos pueden ser no lineales, presentar histéresis y depender de la frecuencia, mientras los dieléctricos pueden tener pérdidas y dispersión. Por eso, la herramienta ofrece una estimación ideal de densidad local, no un análisis completo de elementos finitos o pérdidas. Usa valores eficaces o de pico de forma coherente para señales variables. En ondas sinusoidales, la densidad instantánea cambia durante el ciclo y los promedios temporales requieren la convención RMS adecuada. Las salidas separadas permiten identificar si domina el almacenamiento eléctrico o magnético y comprobar rápidamente diseños electromagnéticos y ejercicios de física.