场能量密度计算器

电场和磁场在其占据的空间中储存能量。能量密度衡量单位体积内储存的能量，以焦耳每立方米表示。本计算器求出线性、各向同性介质中的电场贡献、磁场贡献及两者之和，适用于研究电容器、电感器、螺线管、传输线、电磁波、绝缘系统，以及其他场能分布于空间而非集中于单点的设备。 电场能量密度等于二分之一乘以绝对介电常数，再乘以电场强度的平方。绝对介电常数是真空介电常数与介质相对介电常数的乘积。计算器采用约8.8541878128 × 10^-12法拉每米的真空介电常数。在给定电场相同的情况下，相对介电常数越大，储存的电场能量越多。不过在实际电容器问题中，电压、自由电荷和几何形状会决定引入电介质后电场如何变化，因此正确比较取决于保持不变的条件。 用磁通密度B表示时，磁场能量密度等于B的平方除以两倍绝对磁导率。绝对磁导率是真空磁导率与相对磁导率的乘积，真空磁导率约为1.25663706212 × 10^-6亨利每米。由于此处输入的是以特斯拉表示的B，在B不变时增加磁导率会降低计算密度。如果题目保持磁场强度H不变，则等价表达式为二分之一乘以磁导率，再乘以H的平方。 这些公式假设材料是线性的，其介电常数和磁导率不随场强、方向、频率、温度或位置变化。铁磁芯可能具有非线性、磁滞和频率依赖性，电介质也可能有损耗与色散。因此，本工具提供的是理想的局部能量密度估算，而不是完整的有限元或损耗分析。分析时变信号时，应一致使用有效值或峰值。对于正弦波，瞬时密度会在周期内变化，时间平均计算需要采用正确的有效值约定。分项结果有助于判断电场还是磁场储能占主导，并可快速核对电磁设计与物理习题。