場能量密度計算器

電場與磁場會在其占據的空間中儲存能量。能量密度表示單位體積內儲存的能量，單位為焦耳每立方公尺。本計算器求出線性、各向同性介質中的電場貢獻、磁場貢獻及兩者總和，適用於研究電容器、電感器、螺線管、傳輸線、電磁波、絕緣系統，以及其他場能分布於空間而非集中於單點的裝置。 電場能量密度等於二分之一乘以絕對介電常數，再乘以電場強度的平方。絕對介電常數是真空介電常數乘以介質的相對介電常數。計算器採用約8.8541878128 × 10^-12法拉每公尺的真空介電常數。在指定電場相同時，相對介電常數越大，儲存的電場能量越多。不過在實際電容器問題中，電壓、自由電荷及幾何形狀會影響加入介電質後的電場變化，因此正確比較取決於哪些條件保持固定。 以磁通密度B表示時，磁場能量密度為B的平方除以兩倍絕對磁導率。絕對磁導率是真空磁導率乘以相對磁導率，真空磁導率約為1.25663706212 × 10^-6亨利每公尺。此處輸入的是以特斯拉表示的B，因此在B固定時提高磁導率，會降低計算密度。若問題改為固定磁場強度H，等價式則為二分之一乘以磁導率，再乘以H的平方。 公式假設材料為線性，其介電常數與磁導率不隨場強、方向、頻率、溫度或位置改變。鐵磁芯可能具有非線性、磁滯及頻率相依性，介電材料也可能出現損耗與色散。因此本工具提供理想的局部能量密度估算，而非完整有限元素或損耗分析。分析時變訊號時，應一致使用均方根值或峰值。正弦波的瞬時密度會在週期中變化，時間平均計算需採用適當的均方根慣例。分項結果有助於辨識電場或磁場儲能何者占優勢，並可快速核對電磁設計及物理習題。