場のエネルギー密度計算機

電場と磁場は、それらが存在する空間全体にエネルギーを蓄えます。エネルギー密度は単位体積当たりの蓄積エネルギーで、ジュール毎立方メートルで表します。この計算機は線形かつ等方的な媒質の電場成分、磁場成分、その合計を求めます。コンデンサ、インダクタ、ソレノイド、伝送線路、電磁波、絶縁システムなど、エネルギーが一点ではなく空間に分布する装置の学習に役立ちます。 電場エネルギー密度は、誘電率と電場の強さの二乗の積の半分です。誘電率は真空の誘電率と媒質の比誘電率の積で求めます。計算機では真空の誘電率として約8.8541878128 × 10^-12ファラド毎メートルを使用します。同じ指定電場では、比誘電率が大きいほど多くの電気エネルギーを蓄えます。ただし実際のコンデンサでは、誘電体を入れたときの電場変化が電圧、自由電荷、形状によって決まるため、何を一定に保つかで比較が変わります。 磁束密度Bで表した磁場エネルギー密度は、Bの二乗を透磁率の二倍で割った値です。透磁率は真空の透磁率と比透磁率の積で、真空の透磁率は約1.25663706212 × 10^-6ヘンリー毎メートルです。入力はテスラ単位のBなので、Bを固定して透磁率を大きくすると計算密度は小さくなります。磁場の強さHを固定する問題では、等価な式は透磁率とHの二乗の積の半分です。 これらの式は、誘電率と透磁率が場の強さ、方向、周波数、温度、位置で変化しない線形材料を仮定します。強磁性コアには非線形性、ヒステリシス、周波数依存性があり、誘電材料には損失や分散が生じることがあります。そのため本ツールは理想的な局所エネルギー密度の概算であり、完全な有限要素解析や損失解析ではありません。時間変動信号では実効値かピーク値かを統一してください。正弦波では瞬時密度が周期内で変動し、時間平均には適切な実効値の扱いが必要です。個別の出力により電場と磁場のどちらの蓄積が優勢かを確認でき、電磁設計や物理演習の素早い確認に使えます。