首先先有几个基本公式
其中
W:功
t:时间
F:力
L:电感
I:电流
U:电压
X:位移
首先有一个简化的模型
我们假设电磁轨道炮的轨道电感为L,通过电流大小为I,弹丸在A处,这时电感储能大小为1/2LI^2 。
假设弹丸突然从A处移动到B处,移动距离为一个很小的量Δ x。这时导轨的电感将会增大,增大的部分为同样很小的Δ L。这时电路中的开关A将会断开,开关B接通。接通的一瞬间L上的电流为I,然而Δ L上的电流为0。
按照电感定义,这时L上的电流会飞速减小,而Δ L上的电流会飞速增大。此时L上的电流下降将会导致其输出一个电压U,这个电压U作用在Δ L上,使其电流增大,直到L与Δ L电流相等为止。假设L对外放电时间为t,期间平均电压为U,放电后其电压降低一个很小的量Δ I。根据电感的定义式我们可以写出t*U=Δ I*L
与之相对,另一方面U的电压作用在Δ L上,使其电流声高,直到升高到电压为(I-Δ I)我们可以写出t*U=Δ L(I-Δ I)
而与此同时,线圈L上面的电流也降低为I-Δ I。这时我们对比一下其电感储能的变化量。联立上面两条式子,很容易可以写出Δ I=I*Δ L/L (忽略了一个高阶无限小Δ L*Δ I) 然后在电流平衡后,总电感变为L+Δ L,电流变为I-Δ I 这时的电感储能为 W=1/2*(L+Δ L)*(I-Δ I)^2 W=1/2*(L+Δ L)(I^2-2*I*Δ I+Δ I^2) W=1/2*LI^2-1/2ΔLI^2 (已省略高阶无限小) 这时你就会发现,奇了怪了。原先储能是1/2LI^2,结果在弹丸平移的过程中,储能减小了1/2ΔLI^2 。根据能量守恒,这一部分能量必然没有消失,还存在在某处,唯一的解释就是这部分能量用来推动了弹丸。如果我们把减少的这部分能量写作ΔW,那么弹丸运动了ΔX的时候对其做功为ΔW 已知W=FX所以F=ΔW/ΔX又因为ΔW=1/2ΔLI^2所以 而在其中ΔL/ΔX就是在弹丸移动单位距离时,电感的增加量,也就是电感梯度。 通过上面的分析我们可以得到几个结论: 1:电磁力取决于电感梯度,以及电流强度。与电感梯度成正比,与电流的平方成正比 2:不存在两个电感梯度,用来算电磁力的电感梯度就是电感的增加率。
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