Wie wird Energie in magnetischen und elektrischen Feldern gespeichert?

Wir sagen, dass mit elektrischen und magnetischen Feldern Energie verbunden ist. Zum Beispiel geben wir im Fall eines Induktors eine vage Antwort, die besagt, dass eine Energie von 1 2 L ICH 2 wird im Magnetfeld um die Induktivität gespeichert.

Bei einem Kondensator sagen wir, dass Energie im Feld gespeichert wird. Dies ist verständlich, da das elektrische Feld versucht, die Ladungen auf den Platten zu kombinieren, aber es gibt eine physikalische Barriere, die sie trennt. Mit anderen Worten kann ich sagen, dass die Energie als elektrische potentielle Energie der Ladungen in den beiden Platten gespeichert ist.

Was bedeutet es zu sagen, dass mit den Magnetfeldern eines Induktors Energie verbunden ist? Es gibt keine magnetischen Monopole, die magnetische potentielle Energie speichern, aber es könnte magnetische Dipole geben, die die Energie speichern?

Vielleicht feiern Photonen im Feld herum und tragen Energie (ich meine diesen Kommentar nicht ernst, aber ich gebe eine Vorstellung davon, welche Art von Antwort ich erwarte).

Meiner Meinung nach ist dies kein Duplikat. Antworten auf ähnliche Fragen besagen, dass Arbeit durch den Strom verrichtet wird, der sich im Stromkreis bewegt und in den Feldern gespeichert wird. Ich verstehe das. Bei dieser Frage geht es darum, wie die Energie in den Feldern gespeichert wird, nicht woher sie kommt.

Ich bin mir nicht sicher, ob dies eine sinnvolle Frage ist - "wie" "speichert" irgendetwas irgendeine Form von Energie? Sicher, eine Batterie enthält Chemikalien und wir sagen, dass Energie in der Konfiguration der Chemikalien gespeichert wird, aber "wie" machen sie das? (Worauf ich hinaus will, ist, dass dies eine „bodenlose Warum“-Frage in Verkleidung ist. Irgendwann durchbrechen alle physikalischen Theorien den möglicherweise ewigen Kreislauf von „Warum ist X so?“ – „Weil Y“ – "Warum ist Y so?"... indem man sagt "das ist halt so".)
Duplikat von electronic.stackexchange.com/q/161457/2191 (andere Q&A-Site), das auf physicalforums.com/threads/energy-stored-in-a-field.74340 verweist, das eine nette Antwort von jtbell hat
@RedGrittyBrick Diese Antwort erklärt, woher die Energie kommt, nicht wie sie gespeichert wird. Vielleicht hat meine Frage keine Antwort, wie ACuriousMind sagte. Ich ging über 10-15 Fragen durch, bevor ich sie stellte. Wenn es eine Antwort gäbe, hätte sie inzwischen jemand beantwortet. Die Antwort des Physikforums hilft.
Ups, Tippfehler, das elektrische Feld versucht sie zusammenzubringen, aber es gelingt ihm nicht; deshalb ist damit negative Energie verbunden. Fest. Danke für den Hinweis.
Der Punkt ist, dass Sie nicht an die elektrostatische Energie denken sollten, die in den geladenen Teilchen enthalten ist. Sie sollten es auch als im Feld enthalten betrachten. Andernfalls wird es schwer zu verstehen, wie das elektrische Feld von einigen Partikeln in der Sonne, die seit 8 Minuten unterwegs sind (und daher haben die ursprünglichen Partikel in der Zwischenzeit wahrscheinlich ihre Konfiguration geändert), Energie in den Chemikalien in Ihrem Auge deponieren kann, um Sie zu lassen sehe Dinge.
Würde ich die Energie nicht doppelt zählen, wenn ich beide Konzepte zusammen verwende? ich werde bekommen 1 2 C v 2 wenn ich die aufgrund der Ladungen zwischen den Platten gespeicherte potentielle Energie berechne.

Antworten (2)

Dies ist eine qualitative Antwort:

Die zugrunde liegende Ebene der Natur ist quantenmechanisch. Die klassischen Konzepte, wie elektrische und magnetische Felder, erheben sich aus dieser darunter liegenden Ebene.

Nehmen Sie einen geladenen Kondensator. Alle negativen Ladungen befinden sich auf einer Seite und alle positiven auf der anderen, und zwischen den Platten existiert ein klassisches elektrisches Feld, das Energie enthält. Diese Energie ist die potentielle Energie, die die quantenmechanischen Ladungen trennt, Elektronen wurden von einer Seite zur anderen bewegt und Ionen wurden erzeugt, und die gespeicherte Energie stammt aus dieser Operation.

Wenn man ein Elektron allein nimmt, gibt es eine Ladung und ein elektrisches Feld, das mathematisch mit dieser Ladung verbunden ist, aber es gibt keine Energie, die dem einzelnen Elektron entnommen oder gegeben werden kann, da die Ladung intrinsisch ist. So endet das Wie von Ensembles, die elektrische Felder erzeugen, bei der grundlegenden Frage auf der Ebene eines einzelnen Elektrons, das die Antwort erhält "weil das beobachtet wurde".

Dies geschieht immer mit der Physik, weil es eine Wissenschaft ist, die Mathematik verwendet, um Beobachtungen anzupassen, und es gibt grundlegende Beobachtungen, die angenommen werden. Die Teilchenphysik hat sie in Standardmodell- Teilchentabellen kodifiziert. Man kann diese Frage also der Reihe nach beantworten und dabei die Zwiebel der Komplexität schälen, bis man die grundlegenden gemessenen Fakten erreicht.

Ein komplizierteres Argument kann für das Magnetfeld angeführt werden (man muss das Konzept der bewegten Ladungen verwenden, eine Beobachtung) und am Ende wird die Antwort auf das letzte Wie wieder in der Standardmodelltabelle enden.

Die Ladungstrennung für Kondensatoren hast du selbst erklärt. Ich muss nur die Energiespeicherung in Induktionsspulen erklären.

Was bedeutet es zu sagen, dass mit den Magnetfeldern eines Induktors Energie verbunden ist?

Jedes Elektron hat ein magnetisches Dipolmoment. Dieses Moment ist in den meisten Materialien für alle Elektronen gleichmäßig im Raum verteilt und hebt sich gegenseitig auf. (Nicht so für magnetische Materialien).

Bewegte Elektronen auf einer gekrümmten Bahn, die ein gemeinsames Magnetfeld induziert. Dies geschieht durch die Ausrichtung ihrer magnetischen Dipolmomente. Dadurch ist der Ohmsche Widerstand einer Spule höher als der Widerstand eines geraden Drahtes gleicher Länge. Beim Abschalten des Stroms durch eine Spule geht die Ausrichtung der Elektronen wieder verloren und es wird für eine Weile ein Strom induziert. (Die Elektronen werden durch die thermische Bewegung der Atome gestört. In ultraalten Spulen wird dies verhindert und die Elektronenausrichtung ihrer magnetischen Dipolmomente ist selbsthaltend.)

Man ist nicht in der Lage, Energie aus dem Magnetfeld des Induktors beizusteuern. So schwächt zB die Lorentzkraft (bewegte Elektronen werden unter dem Einfluss eines Magnetfeldes abgelenkt) das Magnetfeld nicht.
Wie wird Energie in magnetischen und elektrischen Feldern gespeichert?
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