q từ một điể mM cách uả cầu tích điện một khoảng d
4.5. Năng lượng từ trường của ống dây
Giả sử lúc đầu mạch đã được đóng kín, trong mạch có một dịng điện khơng đổi I. Khi đó, tồn bộ năng lượng do dịng điện sinh ra đều biến thành nhiệt. Ðiều này được nghiệm đúng khi trong mạch có dịng điện không đổi, nhưng khơng được nghiệm đúng khi đóng mạch hoặc ngắt mạch.
Thực vậy, khi đóng mạch, dịng điện i tăng dần từ giá trị không đến giá trị ổn định cực đại Io. Do đó, trong mạch xuất hiện dịng điện tự cảm IL ngược chiều với dịng điện chính Io do nguồn phát ra, làm cho dịng điện tồn phần I = Io - IL trong mạch nhỏ hơn Io. Kết quả là chỉ có một phần điện năng do nguồn sinh ra được biến thành nhiệt. Trái lại, khi ngắt mạch, dịng điện chính giảm đột ngột từ giá trị I về giá trị khơng. Do đó, trong mạch xuất hiện dòng điện tự cảm cùng chiều với dịng điện đó và làm cho dịng điện này giảm đến giá trị khơng chậm hơn. Như vậy, sau khi đã ngắt mạch, trong mạch vẫn còn dòng điện chạy trong một thời gian ngắn nữa, và do đó vẫn cịn sự toả nhiệt ở trong mạch. Thực nghiệm và lý thuyết đã xác nhận nhiệt lượng toả ra trong mạch sau khi đã ngắt mạch có giá trị đúng bằng phần năng lượng đã khơng toả nhiệt mà ta nói ở trên. Như vậy, rõ ràng là khi đóng mạch, một phần năng lượng của nguồn điện sinh ra được tiềm tàng dưới một dạng năng lượng nào đó để khi ngắt mạch, phần năng lượng này toả ra dưới dạng nhiệt trong mạch. Ta nhận thấy khi đóng mạch, dịng điện trong mạch tăng thì từ trường trong ống dây cũng tăng theo. Mà từ trường như ta đã biết là một dạng vật chất. Nó có mang năng lượng, cho nên phần năng lượng tiềm tàng nói trên chính là năng lượng của từ trường trong ống dây điện.
Gọi dW là phần năng lượng đó, ta có:
dW Lidi [4.5]
Vậy, trong cả q trình thành lập dịng điện từ giá trị 0 đến I, phần năng lượng của nguồn điện được tiềm tang dưới dạng năng lượng từ trường của ống dây điện bằng:
20 0 0 0 1 2 I I W dW Lidi LI [4.6] Trong công thức này, L được tính ra là Henry (H), I được tính ra Ampere (A), cịn năng lượng từ trường W được tính ra là Joule (J).