极具争议的问题:电感器的能量储存在哪里?

极具争议的问题:电感器的能量储存在哪里?

Hello,大家好,今天咱们讨论一个看似非常简单、但业界工程师争议很大的电磁学问题,即“电感器的能量储存在哪里?”。

敝人在《电感应用分析精粹:从磁能管理到开关电源设计》(以下简称“电感”)一书中给出的观点是“磁心(或线圈)”(为方便讨论,以下简称为“磁心储能”)。当然,也有很多人赞同“磁场储能”。那么,哪种观点是对的呢?两种观点都对,取决于看待问题的角度!这就好比类似问题:水电站的能量储存在哪里?水(磁场)或水库(磁心)里都没错。或者这么说吧,从实用的角度,能量储存在磁心里,从技术的角度(technically speaking~~),能量储存在磁场里。

那么,为什么《电感》选择“磁心储能”作为答案呢?当然是因为其够实用,据此更容易达成《电感》的写作目的(或者说,定位),即:向实践工程师形象直观地阐述“磁能管理核心”,并据此理解“应用工程中诸多矛盾或复杂的磁学问题或现象”。请特别注意《电感》写作目的中的两个要点:

其一,面向实践工程师:这也就意味着,如果可能的话,尽量避免涉及过多磁学底层理论知识。所以,正如你看到的,《电感》第一章中关于磁学的那部分内容已经大幅度删减了,它们都紧密围绕后续将要探讨内容(简化甚至删除不直接相关的细节);

其二,形象直观阐述:这也就意味着,如果可能的话,阐述过程应该尽可能精简,因为阐述对象越复杂,此要点的达成相对更有难度(简单地说,就是要化繁为简,逐个击破);

为了做到以上两点,《电感》将“磁能”理解为“磁通”或“磁通变化率”(它们分别对应“磁势能”与“磁动能”),然而实际上,它们只是一种“在磁能储存或释放过程中”容易被人们观察到的现象(不是因,只是果),但由于这种现象更容易被直观感受或理解(初高中生都知道电磁感应),继而使得从此切入并透彻阐述“磁能管理核心”会事半功倍,这不仅能够尽最大限度降低工程师的学习门槛,而且对于“核心的充分展示”完全没有影响,全方位符合《电感》的写作定位!

 

那么,是不是意味着我们不需要涉及“磁场储能”观点呢?当然不是,还是得看具体情况。比如说,偶目前正在规划的《电磁学新论》就会从“磁场储能”观点进行完整阐述。当然,涉及的电磁学底层知识也会更多,但,这不正是《电磁学新论》讨论的主题吗?更重要的是,你将会从中发现,“磁心储能”的阐述过程本质上就包含在“磁场储能”阐述过程中(换句话说,两者是统一的,并不是对立关系)。对于实践工程师来说,不必过分纠结“磁心储能”与“磁场储能”观点本身(这只能算是“知识”而已),关键在于:能否从观点中摸索出一条“统一解决某个层面问题”的完整思路。如果可以做到,观点就很可能不再仅仅是一个“知识点”,而是转化为了可以解释万千应用层面问题的“关键点”。

比如,你赞同“磁场储能”的观点?那么能否据此统一解释工程应用中的问题呢?大多数实践工程师都做不到!为什么这么说呢?因为很多工程师之所以赞同“磁场储能”,仅仅是因为用“磁心储能”或其他观点无法解释自己面临的问题,或在长久思考无果后的被迫站队。当然,更多人只是将“磁场储能”作为一个“通识”记下来了,但这对他来讲只是一个知识点而已,也许客观上是正确的,却不存在其他更多的积极意义(并没有真正理解,就好比考试做选择题时蒙对了答案一样)。

换句话说,如果一个人赞同“磁场储能”观点,但是却无法从中获得实用价值(考试得分不算),那么他的磁学体系就是不完整的,因为其中缺少从“磁场储能”到“理解工程应用问题”的关键环节。《电感》第一章开头就描述过这类工程师:明明已经学习了很多磁学知识,是否始终觉得无法有效指导实践工作呢?原因无它,只是记下了很多零散知识,但却没有自己的完整理解,考试刷题也许还凑合,但在实践工作中根本不顶用!

从技术类图书作者的角度,图书定位的读者不同,其阐述问题的方式也应该做出适当调整。虽然从“磁场储能”观点也可以解释诸多工程应用问题,但写作逻辑层面来讲就需要兜一个大圈(即,需要大量磁学底层细节),这对于实践工程师很不友好(通俗地说,很多工程师是这么想的:我特么不想过多了解底层的那些破事,只想简单直观地得到一个够用的答案,就好比讨论“为什么通过电流的电阻器会发热?”一样,大多数人只需要知道P=I2R就足够了,对物理层面发生了什么根本就不关心,也几乎不影响实践工程师进行电路设计)。

《电感》的终极目标是通过“磁能管理核心”解释“诸多实际工程应用中的问题或现象”,“磁心储能”观点只是为了高效达成此目标而选择的一个“近乎完美的跳板”(即,屏蔽了大量底层细节)。或者说,《电感》只是截取了“最接近工程应用的那部分阐述”,但对于理解工程应用问题已经完全足够了,而更完整(或者说,更严谨)的论述就只能放在更侧重电磁学底层的《电磁学新论》中。

换个角度来讲,《电感》中阐述的“磁场储能”与“磁心储能”本质上是一回事,只不过他们之间隔了一层纸(某个或某几个“常见且看似简单的基本术语”),关键在于能否将其捅破(能否深度理解该“术语”)。也就是说,对于仅关注工程应用层面的工程师来讲,这层纸不捅破也已经够用了,但是如果一个人真正透彻理解磁场与磁能,他很容易就能看出:从磁能本质来看,《电感》中阐述两个观点其实指向同一个对象

 

说白了,还是那句话:思路比知识本身更重要。不是说赞同“磁场储能”观点的人比赞同“磁心储能”观点的人更牛X,这都只是表面,关键在于获取观点的思路,它才是价值的真正来源,而不是正常人都可以记住那几个字~~

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posted @ 2025-02-17 10:52  阳光&技术  阅读(21)  评论(0)    收藏  举报