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  <name>Chapter 3:Electromechanical-Energy-Conversion</name>
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  <md:version>1.1</md:version>
  <md:created>2007/11/08 04:58:07.900 US/Central</md:created>
  <md:revised>2007/12/02 08:11:30.249 US/Central</md:revised>
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      <md:author id="nhphuc">
      <md:firstname>NGUYEN</md:firstname>
      <md:othername>Huu </md:othername>
      <md:surname>Phuc</md:surname>
      <md:email>nhphuc@hcmut.edu.vn</md:email>
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  <md:keywordlist>
    <md:keyword>Electromechanical-Energy-Conversion</md:keyword>
    <md:keyword>Principles</md:keyword>
  </md:keywordlist>

  <md:abstract/>
</metadata>
  <content>
    <para id="id11759582">Chapter 3: Electromechanical-Energy-Conversion</para>
    <para id="id11759616">Principles</para>
    <para id="id11759620">This lecture note is based on the textbook # 1. Electric Machinery - A.E. Fitzgerald, Charles Kingsley, Jr., Stephen D. Umans- 6th edition- Mc Graw Hill series in Electrical Engineering. Power and Energy</para>
    <list type="bulleted" id="id11759628">
      <item>The electromechanical-energy-conversion process takes place through the medium of the electric or magnetic field of the conversion device of which the structures depend on their respective functions.</item>
    </list>
    <list type="bulleted" id="id11478417">
      <item>Transducers: microphone, pickup, sensor, loudspeaker</item>
      <item>Force producing devices: solenoid, relay, electromagnet</item>
      <item>Continuous energy conversion equipment: motor, generator</item>
    </list>
    <para id="id11478522">This chapter is devoted to the principles of electromechanical energy conversion and the analysis of the devices accomplishing this function. Emphasis is placed on the analysis of systems that use magnetic fields as the conversion medium.</para>
    <list type="bulleted" id="id11478598">
      <item>The concepts and techniques can be applied to a wide range of engineering situations involving electromechanical energy conversion.</item>
      <item>Based on the energy method, we are to develop expressions for forces and torques in magnetic-field-based electromechanical systems.</item>
    </list>
    <para id="id12850063">§3.1 Forces and Torques in Magnetic Field Systems</para>
    <list type="bulleted" id="id12850083">
      <item>The Lorentz Force Law gives the force F on a particle of charge q in the presence of electric and magnetic fields.</item>
    </list>
    <para id="id12850149"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mi>F</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi>q</m:mi></m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mrow><m:mi>E</m:mi><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:mrow><m:mi>v</m:mi><m:mo stretchy="false">×</m:mo><m:mi>B</m:mi></m:mrow></m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{F=q \( E+v times B \) } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.1)</para>
    <para id="id12850250">F : newtons, q : coulombs, E : volts/meter, B : telsas, v : meters/second</para>
    <list type="bulleted" id="id12272536">
      <item>In a pure electric-field system,</item>
    </list>
    <para id="id12272556">F  qE (3.2)</para>
    <list type="bulleted" id="id12272591">
      <item>In pure magnetic-field systems,</item>
    </list>
    <para id="id12272619"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mi>F</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi>q</m:mi></m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mrow><m:mi>v</m:mi><m:mo stretchy="false">×</m:mo><m:mi>B</m:mi></m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{F=q \( v times B \) } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>(3.3)</para>
    <figure id="id11782164">
      <media type="image/png" src="graphics1.png">
        <param name="height" value="230"/>
        <param name="width" value="428"/>
      </media>
    </figure>
    <para id="id11782188">Figure 3.1 Right-hand rule for F=( q x v) B .</para>
    <list type="bulleted" id="id11782238">
      <item>For situations where large numbers of charged particles are in motion,</item>
    </list>
    <para id="id11782283"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>F</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>v</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi>ρ</m:mi></m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mrow><m:mi>E</m:mi><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:mrow><m:mi>v</m:mi><m:mo stretchy="false">×</m:mo><m:mi>B</m:mi></m:mrow></m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{F rSub { size 8{v} } =ρ \( E+v times B \) } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>(3.4)</para>
    <para id="id11782384"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>J</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi fontstyle="italic">ρv</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{J=ρv} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.5)</para>
    <para id="id12309795"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>F</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>v</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:mi>J</m:mi><m:mo stretchy="false">×</m:mo><m:mi>B</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{F rSub { size 8{v} } =J times B} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.6)</para>
    <para id="id12309877"> (charge density): coulombs/
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:msup><m:mi>m</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>3</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{m rSup { size 8{3} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>, F (force density): newtons/
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:msup><m:mi>m</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>3</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{m rSup { size 8{3} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>,</para>
    <para id="id11983762"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>J</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi fontstyle="italic">ρv</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{J=ρv} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (current density): amperes/
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:msup><m:mi>m</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{m rSup { size 8{2} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>.</para>
    <list type="bulleted" id="id11983892">
      <item>Most electromechanical-energy-conversion devices contain magnetic material.</item>
    </list>
    <list type="bulleted" id="id11983937">
      <item>Forces act directly on the magnetic material of these devices which are constructed of rigid, nondeforming structures.</item>
      <item>The performance of these devices is typically determined by the net force, or torque, acting on the moving component. It is rarely necessary to calculate the details of the internal force distribution.</item>
      <item>Just as a compass needle tries to align with the earth’s magnetic field, the two sets of fields associated with the rotor and the stator of rotating machinery attempt to align, and torque is associated with their displacement from alignment.<list type="bulleted" id="id13127202"><item>In a motor, the stator magnetic field rotates ahead of that of the rotor, pulling on it and performing work.</item><item>For a generator, the rotor does the work on the stator.<list type="bulleted" id="id13127284"><item>The Energy Method</item></list></item></list></item>
    </list>
    <list type="bulleted" id="id13127302">
      <item>Based on the principle of conservation of energy: energy is neither created nor destroyed; it is merely changed in form.</item>
      <item>Fig. 3.2(a): a magnetic-field-based electromechanical-energy-conversion device.<list type="bulleted" id="id12976933"><item>A lossless magnetic-energy-storage system with two terminals</item><item>The electric terminal has two terminal variables: e (voltage), i (current).</item><item>The mechanical terminal has two terminal variables: 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{f rSub { size 8{ ital "fld"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>(force), x (position)</item><item>The loss mechanism is separated from the energy-storage mechanism.</item></list></item>
    </list>
    <para id="id12894300">–Electrical losses: ohmic losses…</para>
    <para id="id12894316">–Mechanical losses: friction, windage…</para>
    <para id="id12894324">Fig. 3.2(b): a simple force-producing device with a single coil forming the electric terminal, and a movable plunger serving as the mechanical terminal.</para>
    <list type="bulleted" id="id12894383">
      <item>The interaction between the electric and mechanical terminals, i.e. the electromechanical energy conversion, occurs through the medium of the magnetic stored energy.</item>
    </list>
    <figure id="id12894471">
      <media type="image/png" src="graphics2.png">
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    </figure>
    <figure id="id12894498">
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      </media>
    </figure>
    <para id="id12563563">Figure 3.2(a) Schematic magnetic-field electromechanical-energy-conversion device;</para>
    <para id="id12563607">(b) simple force-producing device.</para>
    <list type="bulleted" id="id12563622">
      <item><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>: the stored energy in the magnetic field</item>
    </list>
    <para id="id12563706"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mfrac><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dt</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mfrac><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>ei</m:mtext></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow><m:mfrac><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dt</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mfrac></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ {  { ital "dW" rSub { size 8{"fld"} } }  over  { ital "dt"} } = ital "ei" - f rSub { size 8{"fld"} }  {  { ital "dx"}  over  { ital "dt"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.7)</para>
    <para id="id11117658"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>e</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mi fontstyle="italic">dλ</m:mi><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dt</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mfrac></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{e= {  {dλ}  over  { ital "dt"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.8)</para>
    <para id="id11117738"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>id</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{"fld"} } = ital "id"λ - f rSub { size 8{"fld"} }  ital "dx"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.9)</para>
    <list type="bulleted" id="id11117846">
      <item>Equation (3.9) permits us to solve for the force simply as a function of the flux and the mechanical terminal position x .</item>
      <item>Equations (3.7) and (3.9) form the basis for the energy method.</item>
    </list>
    <para id="id13225116">§3.2 Energy Balance</para>
    <list type="bulleted" id="id13225132">
      <item>Consider the electromechanical systems whose predominant energy-storage mechanism is in magnetic fields. For motor action, we can account for the energy transfer as</item>
    </list>
    <para id="id13225220"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mfenced open="[" close="]"><m:mtable><m:mtr><m:mtd><m:mrow><m:mtext>Energy input</m:mtext><m:mrow/></m:mrow></m:mtd></m:mtr><m:mtr><m:mtd><m:mrow><m:mtext>form electric</m:mtext><m:mrow/></m:mrow></m:mtd></m:mtr><m:mtr><m:mtd><m:mtext>source</m:mtext></m:mtd></m:mtr></m:mtable></m:mfenced><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:mrow><m:mfenced open="[" close="]"><m:mtable><m:mtr><m:mtd><m:mrow><m:mtext>Mechanical</m:mtext><m:mrow/></m:mrow></m:mtd></m:mtr><m:mtr><m:mtd><m:mrow><m:mtext>energy</m:mtext><m:mrow/></m:mrow></m:mtd></m:mtr><m:mtr><m:mtd><m:mtext>ouput</m:mtext></m:mtd></m:mtr></m:mtable></m:mfenced><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:mfenced open="[" close="]"><m:mtable><m:mtr><m:mtd><m:mrow><m:mtext>Increase in energy</m:mtext><m:mrow/></m:mrow></m:mtd></m:mtr><m:mtr><m:mtd><m:mrow><m:mtext>stored in magnetic</m:mtext><m:mrow/></m:mrow></m:mtd></m:mtr><m:mtr><m:mtd><m:mtext>field</m:mtext></m:mtd></m:mtr></m:mtable></m:mfenced></m:mrow><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:mfenced open="[" close="]"><m:mtable><m:mtr><m:mtd><m:mrow><m:mtext>Energy</m:mtext><m:mrow/></m:mrow></m:mtd></m:mtr><m:mtr><m:mtd><m:mrow><m:mtext>converted</m:mtext><m:mrow/></m:mrow></m:mtd></m:mtr><m:mtr><m:mtd><m:mtext>into heat</m:mtext></m:mtd></m:mtr></m:mtable></m:mfenced></m:mrow></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ left [ matrix {
"Energy input" {} ##
"form electric" {} ##
"source"
}  right ]= left [ matrix {
"Mechanical" {} ##
"energy" {} ##
"ouput"
}  right ]+ left [ matrix {
"Increase in energy" {} ##
"stored in magnetic" {} ##
"field"
}  right ]+ left [ matrix {
"Energy" {} ##
"converted" {} ##
"into heat"
}  right ]} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.10)
<m:math><m:semantics><m:mrow/><m:annotation encoding="StarMath 5.0">{}</m:annotation></m:semantics></m:math></para>
    <list type="bulleted" id="id11490239">
      <item>Note the generator action.</item>
    </list>
    <list type="bulleted" id="id11490247">
      <item>The ability to identify a lossless-energy-storage system is the essence of the energy method.</item>
    </list>
    <list type="bulleted" id="id11490292">
      <item>This is done mathematically as part of the modeling process.</item>
      <item>For the lossless magnetic-energy-storage system of Fig. 3.3(a), rearranging (3.9) in form of (3.10) gives</item>
    </list>
    <para id="id11490365"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>elec</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>mech</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{ ital "elec"} } = ital "dW" rSub { size 8{ ital "mech"} } + ital "dW" rSub { size 8{ ital "fld"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.11) </para>
    <para id="id11930350">where </para>
    <para id="id11930357"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>elec</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>id</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{ ital "elec"} } = ital "id"λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math>differential electric energy input</para>
    <para id="id11930463"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>mech</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{ ital "mech"} } =f rSub { size 8{ ital "fld"} }  ital "dx"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math>differential mechanical energy output</para>
    <para id="id3029922"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{ ital "fld"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>differential change in magnetic stored energy</para>
    <list type="bulleted" id="id3030021">
      <item>Here e is the voltage induced in the electric terminals by the changing magnetic stored energy. It is through this reaction voltage that the external electric circuit supplies power to the coupling magnetic field and hence to the mechanical output terminals.</item>
    </list>
    <para id="id12552138"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>elec</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>eidt</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{ ital "elec"} } = ital "eidt"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.12)</para>
    <list type="bulleted" id="id12552227">
      <item>The basic energy-conversion process is one involving the coupling field and its action and reaction on the electric and mechanical systems.</item>
      <item>Combining (3.11) and (3.12) results in</item>
    </list>
    <para id="id12552291"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>elec</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>eidt</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>mech</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{ ital "elec"} } = ital "eidt"= ital "dW" rSub { size 8{ ital "mech"} } + ital "dW" rSub { size 8{ ital "fld"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.13)</para>
    <para id="id12563330">§3.3 Energy in Singly-Excited Magnetic Field Systems</para>
    <list type="bulleted" id="id12563346">
      <item>We are to deal energy-conversion systems: the magnetic circuits have air gaps between the stationary and moving members in which considerable energy is stored in the magnetic field.</item>
    </list>
    <list type="bulleted" id="id12563430">
      <item>This field acts as the energy-conversion medium, and its energy is the reservoir between the electric and mechanical system.</item>
    </list>
    <list type="bulleted" id="id12563494">
      <item>Fig. 3.3 shows an electromagnetic relay schematically. The predominant energy storage occurs in the air gap, and the properties of the magnetic circuit are determined by the dimensions of the air gap.</item>
    </list>
    <figure id="id12600702">
      <media type="image/png" src="graphics4.png">
        <param name="height" value="260"/>
        <param name="width" value="455"/>
      </media>
    </figure>
    <para id="id12600726">Figure 3.3Schematic of an electromagnetic relay.</para>
    <para id="id12600761"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi>L</m:mi></m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mi>I</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ=L \( x \) I} {}</m:annotation></m:semantics></m:math>(3.14)</para>
    <para id="id12600839"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>mech</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{ ital "mech"} } =f rSub { size 8{ ital "fld"} }  ital "dx"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math>(3.15)</para>
    <para id="id12600936"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>id</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{ ital "fld"} } = ital "id"λ - f rSub { size 8{ ital "fld"} }  ital "dx"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math>(3.16)</para>
    <list type="bulleted" id="id13490285">
      <item><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> is uniquely specified by the values of 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> and x . Therefore, 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math>and x are referred to as state variables.</item>
      <item>Since the magnetic energy storage system is lossless, it is a conservative system. 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> is the same regardless of how 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> and x are brought to their final values. See Fig. 3.4 where tow separate paths are shown.</item>
    </list>
    <figure id="id11924102">
      <media type="image/png" src="graphics5.png">
        <param name="height" value="250"/>
        <param name="width" value="244"/>
      </media>
    </figure>
    <para id="id11924126">Figure 3.4Integration paths for Wfld</para>
    <para id="id11924152"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:mrow><m:munder><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>path 2a</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:munder><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:mrow><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:mrow><m:munder><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>path 2b</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:munder><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mrow></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{"fld"} }  \( λ rSub { size 8{0} } ,x rSub { size 8{0} }  \) = Int cSub { size 8{"path 2a"} }  { ital "dW" rSub { size 8{"fld"} } } + Int cSub { size 8{"path 2b"} }  { ital "dW" rSub { size 8{"fld"} } } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.17)</para>
    <para id="id13006326">On path 2a, 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi fontstyle="italic">dλ</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{dλ=0} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> and 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{f rSub { size 8{ ital "fld"} } =0} {}</m:annotation></m:semantics></m:math>. Thus, 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{ ital "fld"} } =0} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> on path 2a.</para>
    <para id="id12850319">On path 2b, dx  0 .</para>
    <para id="id12850361">Therefore, (3.17) reduces to the integral of 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>id</m:mtext></m:mrow></m:mstyle><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "id"λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> over path 2b.</para>
    <para id="id12850427"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msubsup><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:msubsup><m:mrow><m:mi>i</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mrow><m:mi fontstyle="italic">dλ</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{"fld"} }  \( λ rSub { size 8{0} } ,x rSub { size 8{0} }  \) = Int rSub { size 8{0} }  rSup { size 8{λ rSub { size 6{0} } } }  {i \( λ,x rSub { size 8{0} }  \) } dλ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.18)</para>
    <para id="id12850592">For a linear system in which 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> is proportional to i , (3.18) gives</para>
    <para id="id11803249"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msubsup><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msubsup><m:mrow><m:mi>i</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msup><m:mi>λ</m:mi><m:mi>'</m:mi></m:msup><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mrow><m:msup><m:mi>λ</m:mi><m:mi>'</m:mi></m:msup><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msubsup><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msubsup><m:mfrac><m:msup><m:mi>λ</m:mi><m:mi>'</m:mi></m:msup><m:mrow><m:mi>L</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mfrac></m:mrow></m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mrow><m:msup><m:mi>λ</m:mi><m:mi>'</m:mi></m:msup><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mn>1</m:mn><m:mn>2</m:mn></m:mfrac></m:mrow><m:mfrac><m:msup><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mrow><m:mi>L</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mfrac></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{"fld"} }  \( λ,x \) = Int rSub { size 8{0} }  rSup { size 8{λ} }  {i \(  { {λ}} sup { ' },x \) } d { {λ}} sup { ' }= Int rSub { size 8{0} }  rSup { size 8{λ} }  { {  { { {λ}} sup { ' }}  over  {L \( x \) } } } d { {λ}} sup { ' }= {  {1}  over  {2} }  {  {λ rSup { size 8{2} } }  over  {L \( x \) } } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.19)</para>
    <list type="bulleted" id="id11803481">
      <item>V : the volume of the magnetic field</item>
    </list>
    <para id="id11803519"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>v</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mrow><m:msubsup><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>B</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msubsup><m:mrow><m:mi>H</m:mi><m:mtext>.</m:mtext><m:mi>d</m:mi><m:msup><m:mi>B</m:mi><m:mi>'</m:mi></m:msup></m:mrow></m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dV</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} } = Int rSub { size 8{v} }  { \(  Int rSub { size 8{0} }  rSup { size 8{B} }  {H "." d { {B}} sup { ' }}  \) }  ital "dV"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.20)</para>
    <para id="id11803659">If 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>B</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi fontstyle="italic">μH</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{B=μH} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> ,</para>
    <para id="id11832303"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>v</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mfrac><m:msup><m:mi>B</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mn>2μ</m:mn></m:mfrac><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dV</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} } = Int rSub { size 8{v} }  { \(  {  {B rSup { size 8{2} } }  over  {2μ} }  \) }  ital "dV"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.21)</para>
    <para id="id11832427">§3.4 Determination of Magnetic Force and Torque form Energy</para>
    <list type="bulleted" id="id11832455">
      <item>The magnetic stored energy 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> is a state function, determined uniquely by the values of the independent state variables 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> and x.</item>
    </list>
    <para id="id11832630"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>id</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{"fld"} }  \( λ,x \) = ital "id"λ - f rSub { size 8{"fld"} }  ital "dx"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.22)</para>
    <para id="id13008603"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dF</m:mtext></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>F</m:mi></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dx</m:mtext><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>F</m:mi></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dx</m:mtext><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dF" \( x rSub { size 8{1} } ,x rSub { size 8{2} }  \) = {  { partial F}  over  { partial x rSub { size 8{1} } } }  \rline  rSub { size 8{x rSub { size 6{2} } } }  ital "dx" rSub {1}  size 12{+ {  { partial F}  over  { partial x rSub {2} } }  \rline  rSub {x rSub { size 6{1} } } } size 12{ ital "dx" rSub {2} }} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.23)</para>
    <para id="id13008817"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mrow><m:mi fontstyle="italic">dλ</m:mi><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{"fld"} }  \( λ,x \) = {  { partial W rSub { size 8{"fld"} } }  over  { partial λ} }  \rline  rSub { size 8{x} } dλ+ {  { partial W rSub { size 8{"fld"} } }  over  { partial x} }  \rline  rSub { size 8{λ} }  ital "dx"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.24)</para>
    <para id="id13009004">Comparing (3.22) with (3.24) gives (3.25) and (3.26):</para>
    <para id="id13009025"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mi>i</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{i= {  { partial W rSub { size 8{"fld"} }  \( λ,x \) }  over  { partial λ} }  \rline  rSub { size 8{x} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.25)</para>
    <para id="id13021167"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{f rSub { size 8{ ital "fld"} } = -  {  { partial W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ,x \) }  over  { partial x} }  \rline  rSub { size 8{λ} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>(3.26)</para>
    <list type="bulleted" id="id13021312">
      <item>Once we know 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> as a function of 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> and as a function of 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> and i(
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math>, x) .</item>
      <item>Equation (3.26) can be used to solve for the mechanical force 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{f rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ,x \) } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>.The partial derivative is taken while holding the flux linkages 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> constant.</item>
      <item>For linear magnetic systems for which 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi>L</m:mi></m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mi>i</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ=L \( x \) i} {}</m:annotation></m:semantics></m:math>, the force can be found as</item>
    </list>
    <para id="id12554757"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:mfrac><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow></m:mrow><m:mfenced open="" close=""><m:mrow><m:mfrac><m:mn>1</m:mn><m:mn>2</m:mn></m:mfrac><m:mfrac><m:msup><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mrow><m:mi>L</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mfrac></m:mrow></m:mfenced><m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:msup><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mrow><m:mn>2L</m:mn><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:msup><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:mfrac><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dL</m:mtext></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mfrac></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{f rSub { size 8{"fld"} } = -  {  { partial }  over  { partial x} }  left ( {  {1}  over  {2} }  {  {λ rSup { size 8{2} } }  over  {L \( x \) } }  right ) \rline  rSub { size 8{λ} } = {  {λ rSup { size 8{2} } }  over  {2L \( x \)  rSup { size 8{2} } } }  {  { ital "dL" \( x \) }  over  { ital "dx"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.27)</para>
    <para id="id12554971"><m:math><m:semantics><m:mrow/><m:annotation encoding="StarMath 5.0">{}</m:annotation></m:semantics></m:math><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:msup><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mn>2</m:mn></m:mfrac></m:mrow><m:mfrac><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dL</m:mtext></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mfrac></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{f rSub { size 8{ ital "fld"} } = {  {i rSup { size 8{2} } }  over  {2} }  {  { ital "dL" \( x \) }  over  { ital "dx"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.28)</para>
    <list type="bulleted" id="id12555131">
      <item>For a system with a rotating mechanical terminal, the mechanical terminal variables become the angular displacement 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>θ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{θ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> and the torque 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>T</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{T rSub { size 8{ ital "fld"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> .</item>
    </list>
    <para id="id13007246"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>id</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:msub><m:mi>T</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mi fontstyle="italic">dθ</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{"fld"} }  \( λ,θ \) = ital "id"λ - T rSub { size 8{"fld"} } dθ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.29)</para>
    <para id="id13007368"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>T</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>θ</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{T rSub { size 8{ ital "fld"} } = -  {  { partial W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ,θ \) }  over  { partial θ} }  \rline  rSub { size 8{λ} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.30)</para>
    <list type="bulleted" id="id13007508">
      <item>For linear magnetic systems for which 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi>L</m:mi></m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mi>i</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ=L \( θ \) i} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> :</item>
    </list>
    <para id="id13007620"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mn>1</m:mn><m:mn>2</m:mn></m:mfrac></m:mrow><m:mfrac><m:msup><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mrow><m:mi>L</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mfrac></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ,θ \) = {  {1}  over  {2} }  {  {λ rSup { size 8{2} } }  over  {L \( θ \) } } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.31)</para>
    <para id="id13007749"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>T</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:mfrac><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>θ</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow></m:mrow><m:mfenced open="" close=""><m:mrow><m:mfrac><m:mn>1</m:mn><m:mn>2</m:mn></m:mfrac><m:mfrac><m:msup><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mrow><m:mi>L</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mfrac></m:mrow></m:mfenced><m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mn>1</m:mn><m:mn>2</m:mn></m:mfrac></m:mrow><m:mfrac><m:msup><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mrow><m:mi>L</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>θ</m:mi><m:msup><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup></m:mrow></m:mfrac><m:mfrac><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dL</m:mtext></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mi fontstyle="italic">dθ</m:mi></m:mfrac></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{T rSub { size 8{"fld"} } = -  {  { partial }  over  { partial θ} }  left ( {  {1}  over  {2} }  {  {λ rSup { size 8{2} } }  over  {L \( θ \) } }  right ) \rline  rSub { size 8{λ} } = {  {1}  over  {2} }  {  {λ rSup { size 8{2} } }  over  {L \( θ \)  rSup { size 8{2} } } }  {  { ital "dL" \( θ \) }  over  {dθ} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.32)</para>
    <para id="id13225482"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>T</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:msup><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mn>2</m:mn></m:mfrac></m:mrow><m:mfrac><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dL</m:mtext></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mi fontstyle="italic">dθ</m:mi></m:mfrac></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{T rSub { size 8{ ital "fld"} } = {  {i rSup { size 8{2} } }  over  {2} }  {  { ital "dL" \( θ \) }  over  {dθ} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.33)</para>
    <para id="id13225601">§3.5 Determination of Magnetic Force and Torque from Coenergy</para>
    <list type="bulleted" id="id13225629">
      <item>Recall that in §3.4, the magnetic stored energy
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> is a state function, determined uniquely by the values of the independent state variables 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> and x .</item>
    </list>
    <para id="id13225909"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>id</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ,x \) = ital "id"λ - f rSub { size 8{ ital "fld"} }  ital "dx"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.34)</para>
    <para id="id13226039"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mrow><m:mi fontstyle="italic">dλ</m:mi><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ,x \) = {  { partial W rSub { size 8{ ital "fld"} } }  over  { partial λ} }  \rline  rSub { size 8{x} } dλ+ {  { partial W rSub { size 8{ ital "fld"} } }  over  { partial x} }  \rline  rSub { size 8{λ} }  ital "dx"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.35)</para>
    <para id="id13226238"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mi>i</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{i= {  { partial W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ,x \) }  over  { partial λ} }  \rline  rSub { size 8{x} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.36)</para>
    <para id="id12859286"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{f rSub { size 8{ ital "fld"} } = {  { partial W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ,x \) }  over  { partial x} }  \rline  rSub { size 8{λ} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.37)</para>
    <list type="bulleted" id="id12859418">
      <item>Coenergy: from which the force can be obtained directly as a function of the current.The selection of energy or coenergy as the state function is purely a matter of convenience.</item>
    </list>
    <list type="bulleted" id="id12859473">
      <item>The coenergy
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,x \) } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> is defined as a function of i and x such that</item>
    </list>
    <para id="id12859595"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:mi fontstyle="italic">iλ</m:mi><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,x \) =iλ - W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ,x \) } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.38)</para>
    <para id="id12859730"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi fontstyle="italic">iλ</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>id</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi>λ</m:mi></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>di</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{d \( iλ \) = ital "id"λ=λ ital "di"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.39)</para>
    <para id="id12859830"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi>d</m:mi></m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi fontstyle="italic">iλ</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{d { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,x \) =d \( iλ \)  -  ital "dW" rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ,x \) } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.40)</para>
    <para id="id12859981"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi>λ</m:mi></m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>di</m:mtext></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{d { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,x \) =λ ital "di"+f rSub { size 8{ ital "fld"} }  ital "dx"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.41)</para>
    <list type="bulleted" id="id12860113">
      <item>From (3.37), the coenergy 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,x \) } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>can be seen to be a state function of the two independent variables i and x .</item>
    </list>
    <para id="id12849193"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>i</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>di</m:mtext></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>i</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{d { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,x \) = {  { partial  { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} } }  over  { partial i} }  \rline  rSub { size 8{x} }  ital "di"+ {  { partial  { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} } }  over  { partial x} }  \rline  rSub { size 8{i} }  ital "dx"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.42)</para>
    <para id="id12849405"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>i</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ= {  { partial  { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,x \) }  over  { partial i} }  \rline  rSub { size 8{x} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.43)</para>
    <para id="id12849534"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>x</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>i</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{f rSub { size 8{ ital "fld"} } = {  { partial  { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,x \) }  over  { partial x} }  \rline  rSub { size 8{i} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.44)</para>
    <list type="bulleted" id="id12849672">
      <item>For any given system, (3.26) and (3.40) will give the same result.</item>
      <item>By analogy to (3.18) in §3.3, the coenergy can be found as (3.41)</item>
    </list>
    <para id="id12849720"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msubsup><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:msubsup><m:mrow><m:mi>i</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>λ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mrow><m:mi fontstyle="italic">dλ</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ rSub { size 8{0} } ,x rSub { size 8{0} }  \) = Int rSub { size 8{0} }  rSup { size 8{λ rSub { size 6{0} } } }  {i \( λ,x rSub { size 8{0} }  \) } dλ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.42)</para>
    <para id="id12849887"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msubsup><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mrow/><m:mrow/></m:msubsup><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msup><m:mi>i</m:mi><m:mi>'</m:mi></m:msup><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:msup><m:mi>i</m:mi><m:mi>'</m:mi></m:msup></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,x \) = Int rSub {}  rSup {}  {λ \(  { {i}} sup { ' },x \) } d { {i}} sup { ' }} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.43)</para>
    <para id="id13361150">For linear magnetic systems for which 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi>L</m:mi></m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mi>i</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ=L \( x \) i} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> ,</para>
    <para id="id13361259"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>x</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mn>1</m:mn><m:mn>2</m:mn></m:mfrac></m:mrow><m:mi>L</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:msup><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,x \) = {  {1}  over  {2} } L \( x \) i rSup { size 8{2} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.44)</para>
    <para id="id13361384"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:msup><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mn>2</m:mn></m:mfrac></m:mrow><m:mfrac><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dL</m:mtext></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dx</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mfrac></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{f rSub { size 8{ ital "fld"} } = {  {i rSup { size 8{2} } }  over  {2} }  {  { ital "dL" \( x \) }  over  { ital "dx"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.45) </para>
    <list type="bulleted" id="id13361502">
      <item>For a system with a rotating mechanical displacement,</item>
    </list>
    <para id="id13361540"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msubsup><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>i</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msubsup><m:mrow><m:mi>λ</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msup><m:mi>i</m:mi><m:mi>'</m:mi></m:msup><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:msup><m:mi>i</m:mi><m:mi>'</m:mi></m:msup></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,θ \) = Int rSub { size 8{0} }  rSup { size 8{i} }  {λ \(  { {i}} sup { ' },θ \) } d { {i}} sup { ' }} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.46)</para>
    <para id="id13361690"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>T</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>θ</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>i</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{T rSub { size 8{ ital "fld"} } = {  { partial  { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,θ \) }  over  { partial θ} }  \rline  rSub { size 8{i} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.47)</para>
    <para id="id13361830">If the system is magnetically linear,</para>
    <para id="id13361871"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>i</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mn>1</m:mn><m:mn>2</m:mn></m:mfrac></m:mrow><m:mi>L</m:mi><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:msup><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,θ \) = {  {1}  over  {2} } L \( θ \) i rSup { size 8{2} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.48)</para>
    <para id="id13361999"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>T</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:msup><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mn>2</m:mn></m:mfrac></m:mrow><m:mfrac><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dL</m:mtext></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mi fontstyle="italic">dθ</m:mi></m:mfrac></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{T rSub { size 8{ ital "fld"} } = {  {i rSup { size 8{2} } }  over  {2} }  {  { ital "dL" \( θ \) }  over  {dθ} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.49)</para>
    <para id="id12857941">(3.47) is identical to the expression given by (3.33).</para>
    <list type="bulleted" id="id12857947">
      <item>In field-theory terms, for soft magnetic materials</item>
    </list>
    <para id="id12857983"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mi>V</m:mi></m:msub><m:mfenced open="" close=""><m:mrow><m:msubsup><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>H</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:msubsup><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>BdH</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mfenced></m:mrow></m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dV</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} } = Int rSub {V}  { left ( Int rSub { size 8{0} }  rSup { size 8{H rSub { size 6{0} } } }  { ital "BdH"}  right )}  size 12{ ital "dV"}} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.50)</para>
    <para id="id12858119"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mi>v</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mfrac><m:msup><m:mi fontstyle="italic">μH</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mn>2</m:mn></m:mfrac></m:mrow></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dV</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} } = Int rSub { size 8{v} }  { {  {μH rSup { size 8{2} } }  over  {2} } }  ital "dV"} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.51)</para>
    <para id="id12858235">For permanent-magnet (hard) materials</para>
    <para id="id12858268"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mi>v</m:mi></m:msub><m:mfenced open="" close=""><m:mrow><m:msubsup><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>H</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mi>c</m:mi></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:msub><m:mi>H</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:msubsup><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>BdH</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mfenced></m:mrow></m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>dV</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} } = Int rSub {v}  { left ( Int rSub { size 8{H rSub { size 6{c} } } }  rSup {H rSub { size 6{0} } }  { ital "BdH"}  right )}  size 12{ ital "dV"}} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.52)</para>
    <list type="bulleted" id="id12858414">
      <item>For a magnetically-linear system, the energy and coenergy (densities) are numerically equal: 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msup><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mo stretchy="false">/</m:mo><m:mn>2L</m:mn></m:mrow><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mn>1</m:mn><m:mn>2</m:mn></m:mfrac></m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msup><m:mtext>Li</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup></m:mrow></m:mstyle><m:mi>,</m:mi><m:mtext/><m:mrow><m:mrow><m:msup><m:mi>B</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup><m:mo stretchy="false">/</m:mo><m:mn>2μ</m:mn></m:mrow><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mn>1</m:mn><m:mn>2</m:mn></m:mfrac></m:mrow><m:msup><m:mi fontstyle="italic">μH</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msup></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ rSup { size 8{2} } /2L= {  {1}  over  {2} }  ital "Li" rSup { size 8{2} } ,"    "B rSup { size 8{2} } /2μ= {  {1}  over  {2} } μH rSup { size 8{2} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>. For a nonlinear system in which 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> and i or B and H are not linearly proportional, the two functions are not even numerically equal.</item>
    </list>
    <para id="id12858738"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup></m:mrow><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mi fontstyle="italic">λi</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} } + { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} } =λi} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.53)</para>
    <figure id="id12858844">
      <media type="image/png" src="graphics6.png">
        <param name="height" value="281"/>
        <param name="width" value="348"/>
      </media>
    </figure>
    <para id="id12858868">Figure 3.5Graphical interpretation of energy and coenergy in a singly-excited system.</para>
    <list type="bulleted" id="id12858903">
      <item>Consider the relay in Fig. 3.3. Assume the relay armature is at position x so that the device operating at point a in Fig. 3.6. Note that</item>
    </list>
    <para id="id12858952">
      <m:math>
        <m:semantics>
          <m:mrow>
            <m:mstyle fontsize="12pt">
              <m:mrow>
                <m:mrow>
                  <m:mrow>
                    <m:msub>
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mstyle fontsize="8pt">
                        <m:mrow>
                          <m:mstyle fontstyle="italic">
                            <m:mrow>
                              <m:mtext>fld</m:mtext>
                            </m:mrow>
                          </m:mstyle>
                        </m:mrow>
                      </m:mstyle>
                    </m:msub>
                    <m:mo stretchy="false">=</m:mo>
                    <m:mrow>
                      <m:mo stretchy="false">−</m:mo>
                      <m:mfrac>
                        <m:mrow>
                          <m:mo stretchy="false">∂</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mi>W</m:mi>
                            <m:mstyle fontsize="8pt">
                              <m:mrow>
                                <m:mstyle fontstyle="italic">
                                  <m:mrow>
                                    <m:mtext>fld</m:mtext>
                                  </m:mrow>
                                </m:mstyle>
                              </m:mrow>
                            </m:mstyle>
                          </m:msub>
                          <m:mo stretchy="false">(</m:mo>
                          <m:mi>λ</m:mi>
                          <m:mi>,</m:mi>
                          <m:mi>x</m:mi>
                          <m:mo stretchy="false">)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mrow>
                          <m:mo stretchy="false">∂</m:mo>
                          <m:mi>x</m:mi>
                        </m:mrow>
                      </m:mfrac>
                    </m:mrow>
                  </m:mrow>
                  <m:mrow>
                    <m:msub>
                      <m:mo stretchy="false">∣</m:mo>
                      <m:mstyle fontsize="8pt">
                        <m:mrow>
                          <m:mi>λ</m:mi>
                        </m:mrow>
                      </m:mstyle>
                    </m:msub>
                    <m:mo stretchy="false">≃</m:mo>
                    <m:munder>
                      <m:mtext>lim</m:mtext>
                      <m:mstyle fontsize="8pt">
                        <m:mrow>
                          <m:mrow>
                            <m:mi fontstyle="italic">Δx</m:mi>
                            <m:mo stretchy="false">→</m:mo>
                            <m:mn>0</m:mn>
                          </m:mrow>
                        </m:mrow>
                      </m:mstyle>
                    </m:munder>
                  </m:mrow>
                  <m:mfrac>
                    <m:mrow>
                      <m:mo stretchy="false">−</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mi fontstyle="italic">ΔW</m:mi>
                        <m:mstyle fontsize="8pt">
                          <m:mrow>
                            <m:mstyle fontstyle="italic">
                              <m:mrow>
                                <m:mtext>fld</m:mtext>
                              </m:mrow>
                            </m:mstyle>
                          </m:mrow>
                        </m:mstyle>
                      </m:msub>
                    </m:mrow>
                    <m:mi fontstyle="italic">Δx</m:mi>
                  </m:mfrac>
                  <m:msub>
                    <m:mo stretchy="false">∣</m:mo>
                    <m:mstyle fontsize="8pt">
                      <m:mrow>
                        <m:mi>λ</m:mi>
                      </m:mrow>
                    </m:mstyle>
                  </m:msub>
                  <m:mtext>   and   </m:mtext>
                  <m:mrow>
                    <m:msub>
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mstyle fontsize="8pt">
                        <m:mrow>
                          <m:mstyle fontstyle="italic">
                            <m:mrow>
                              <m:mtext>fld</m:mtext>
                            </m:mrow>
                          </m:mstyle>
                        </m:mrow>
                      </m:mstyle>
                    </m:msub>
                    <m:mo stretchy="false">=</m:mo>
                    <m:mfrac>
                      <m:mrow>
                        <m:mo stretchy="false">∂</m:mo>
                        <m:msubsup>
                          <m:mi>W</m:mi>
                          <m:mstyle fontsize="8pt">
                            <m:mrow>
                              <m:mstyle fontstyle="italic">
                                <m:mrow>
                                  <m:mtext>fld</m:mtext>
                                </m:mrow>
                              </m:mstyle>
                            </m:mrow>
                          </m:mstyle>
                          <m:mi>'</m:mi>
                        </m:msubsup>
                        <m:mo stretchy="false">(</m:mo>
                        <m:mi>i</m:mi>
                        <m:mi>,</m:mi>
                        <m:mi>x</m:mi>
                        <m:mo stretchy="false">)</m:mo>
                      </m:mrow>
                      <m:mrow>
                        <m:mo stretchy="false">∂</m:mo>
                        <m:mi>x</m:mi>
                      </m:mrow>
                    </m:mfrac>
                  </m:mrow>
                  <m:mrow>
                    <m:msub>
                      <m:mo stretchy="false">∣</m:mo>
                      <m:mstyle fontsize="8pt">
                        <m:mrow>
                          <m:mi>i</m:mi>
                        </m:mrow>
                      </m:mstyle>
                    </m:msub>
                    <m:mo stretchy="false">≃</m:mo>
                    <m:munder>
                      <m:mtext>lim</m:mtext>
                      <m:mstyle fontsize="8pt">
                        <m:mrow>
                          <m:mrow>
                            <m:mi fontstyle="italic">Δx</m:mi>
                            <m:mo stretchy="false">→</m:mo>
                            <m:mn>0</m:mn>
                          </m:mrow>
                        </m:mrow>
                      </m:mstyle>
                    </m:munder>
                  </m:mrow>
                  <m:mfrac>
                    <m:mrow>
                      <m:mi>Δ</m:mi>
                      <m:msubsup>
                        <m:mi>W</m:mi>
                        <m:mstyle fontsize="8pt">
                          <m:mrow>
                            <m:mstyle fontstyle="italic">
                              <m:mrow>
                                <m:mtext>fld</m:mtext>
                              </m:mrow>
                            </m:mstyle>
                          </m:mrow>
                        </m:mstyle>
                        <m:mi>'</m:mi>
                      </m:msubsup>
                    </m:mrow>
                    <m:mi fontstyle="italic">Δx</m:mi>
                  </m:mfrac>
                  <m:msub>
                    <m:mo stretchy="false">∣</m:mo>
                    <m:mstyle fontsize="8pt">
                      <m:mrow>
                        <m:mi>i</m:mi>
                      </m:mrow>
                    </m:mstyle>
                  </m:msub>
                </m:mrow>
              </m:mrow>
            </m:mstyle>
            <m:mrow/>
          </m:mrow>
          <m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{f rSub { size 8{ ital "fld"} } = -  {  { partial W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ,x \) }  over  { partial x} }  \rline  rSub { size 8{λ} }  simeq  {"lim"}  cSub { size 8{Δx rightarrow 0} }  {  { - ΔW rSub { size 8{ ital "fld"} } }  over  {Δx} }  \rline  rSub { size 8{λ} } "   and   "f rSub { size 8{ ital "fld"} } = {  { partial  { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( i,x \) }  over  { partial x} }  \rline  rSub { size 8{i} }  simeq  {"lim"}  cSub { size 8{Δx rightarrow 0} }  {  {Δ { {W}} sup { ' } rSub { size 8{ ital "fld"} } }  over  {Δx} }  \rline  rSub { size 8{i} } } {}</m:annotation>
        </m:semantics>
      </m:math>
    </para>
    <figure id="id13362401">
      <media type="image/png" src="graphics7.png">
        <param name="height" value="303"/>
        <param name="width" value="517"/>
      </media>
    </figure>
    <para id="id13362425">Figure 3.6Effect of 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>Δ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{Δ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math>x on the energy and coenergy of a singly-excited device:</para>
    <para id="id13362514">(a) change of energy with 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mi>λ</m:mi></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> held constant; (b) change of coenergy with i held constant.</para>
    <list type="bulleted" id="id13362596">
      <item>The force acts in a direction to decrease the magnetic field stored energy at constant flux or to increase the coenergy at constant current.</item>
    </list>
    <list type="bulleted" id="id13362635">
      <item>In a singly-excited device, the force acts to increase the inductance by pulling on members so as to reduce the reluctance of the magnetic path linking the winding.</item>
    </list>
    <para id="id13362671">§3.6 Multiply-Excited Magnetic Field Systems</para>
    <list type="bulleted" id="id13362676">
      <item>Many electromechanical devices have multiple electrical terminals.</item>
    </list>
    <list type="bulleted" id="id13362714">
      <item>Measurement systems: torque proportional to two electric signals; power as the product of voltage and current.</item>
      <item>Energy conversion devices: multiply-excited magnetic field system.</item>
      <item>A simple system with two electrical terminals and one mechanical terminal: Fig.3.7.<list type="bulleted" id="id13362846"><item>Three independent variables: 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mfenced open="{" close="}"><m:mrow><m:mi>θ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mfenced></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ left lbrace θ,λ rSub { size 8{1} } ,λ rSub { size 8{2} }  right rbrace } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> , 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mfenced open="{" close="}"><m:mrow><m:mi>θ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mfenced></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ left lbrace θ,i rSub { size 8{1} } ,i rSub { size 8{2} }  right rbrace } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> , 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mfenced open="{" close="}"><m:mrow><m:mi>θ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mfenced></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ left lbrace θ,λ rSub { size 8{1} } ,i rSub { size 8{2} }  right rbrace } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>, or 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mfenced open="{" close="}"><m:mrow><m:mi>θ</m:mi><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mfenced></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ left lbrace θ,i rSub { size 8{1} } ,λ rSub { size 8{2} }  right rbrace } {}</m:annotation></m:semantics></m:math></item></list></item>
    </list>
    <para id="id13363184"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:msub><m:mtext>dW</m:mtext><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi fontstyle="italic">dλ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi fontstyle="italic">dλ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:msub><m:mi>T</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mi fontstyle="italic">dθ</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{ ital "dW" rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ rSub { size 8{1} } ,λ rSub { size 8{2} } ,θ \) =i rSub { size 8{1} } dλ rSub { size 8{1} } +i rSub { size 8{2} } dλ rSub { size 8{2} }  - T rSub { size 8{ ital "fld"} } dθ} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.54)</para>
    <figure id="id13359452">
      <media type="image/png" src="graphics8.png">
        <param name="height" value="171"/>
        <param name="width" value="419"/>
      </media>
    </figure>
    <para id="id13359476">Figure 3.7Multiply-excited magnetic energy storage system.</para>
    <para id="id13359512"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{i rSub { size 8{1} } = {  { partial W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ rSub { size 8{1} } ,λ rSub { size 8{2} } ,θ \) }  over  { partial λ rSub { size 8{1} } } }  \rline  rSub { size 8{λ rSub { size 6{2} } ,θ} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.55)</para>
    <para id="id13359688"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mfrac></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi></m:mrow></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{i rSub { size 8{2} } = {  { partial W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ rSub { size 8{1} } ,λ rSub { size 8{2} } ,θ \) }  over  { partial λ rSub { size 8{2} } } }  \rline  rSub { size 8{λ rSub { size 6{1} } ,θ} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math>(3.56)</para>
    <para id="id13359860"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>T</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">∂</m:mo><m:mi>θ</m:mi></m:mrow></m:mfrac></m:mrow></m:mrow><m:msub><m:mo stretchy="false">∣</m:mo><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{T rSub { size 8{ ital "fld"} } = -  {  { partial W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ rSub { size 8{1} } ,λ rSub { size 8{2} } ,θ \) }  over  { partial θ} }  \rline  rSub { size 8{λ rSub { size 6{1} } ,λ rSub { size 6{2} } } } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.57)</para>
    <para id="id13360046">To find 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> , use the path of integration in Fig. 3.14.</para>
    <para id="id13360124"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:msub><m:mn>1</m:mn><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:msub><m:mn>2</m:mn><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:msub><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>θ</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msubsup><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mn>0</m:mn><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:msub><m:mn>2</m:mn><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:msubsup><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mrow/><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mn>0,</m:mn></m:mrow><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>,</m:mi><m:mrow><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:msub><m:mi>θ</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:msub><m:mi fontstyle="italic">dλ</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:mrow><m:msubsup><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mn>0</m:mn><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:msub><m:mn>1</m:mn><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:msubsup><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow/><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:msub><m:mn>2</m:mn><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>,</m:mi><m:mrow><m:mi>θ</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:msub><m:mi>θ</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:msub><m:mi fontstyle="italic">dλ</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ rSub { size 8{1 rSub { size 6{0} } } } ,λ rSub {2 rSub { size 6{0} } }  size 12{,θ rSub {0} } size 12{ \) = Int rSub {0}  rSup {λ rSub { size 6{2 rSub {0} } } }  {i rSub {2} } } size 12{ \( λ rSub {1} } size 12{ {}=0,λ rSub {2} } size 12{,θ=θ rSub {0} } size 12{ \) dλ rSub {2} } size 12{+ Int rSub {0}  rSup {λ rSub { size 6{1 rSub {0} } } }  {i rSub {1} } } size 12{ \( λ rSub {1} } size 12{,λ rSub {2} } size 12{ {}=λ rSub {2 rSub { size 6{0} } } } size 12{,θ=θ rSub {0} } size 12{ \) dλ rSub {1} }} {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.58)</para>
    <figure id="id13360503">
      <media type="image/png" src="graphics9.png">
        <param name="height" value="266"/>
        <param name="width" value="285"/>
      </media>
    </figure>
    <para id="id13360527">Figure 3.8Integration path to obtain 
<m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:msub><m:mn>1</m:mn><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:msub><m:mn>2</m:mn><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:msub><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>θ</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{W rSub { size 8{ ital "fld"} }  \( λ rSub { size 8{1 rSub { size 6{0} } } } ,λ rSub {2 rSub { size 6{0} } }  size 12{,θ rSub {0} } size 12{ \) }} {}</m:annotation></m:semantics></m:math>.</para>
    <list type="bulleted" id="id13360663">
      <item>In a magnetically-linear system,</item>
    </list>
    <para id="id13360692"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:msub><m:mi>L</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>11</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:msub><m:mi>L</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>12</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{λ rSub { size 8{1} } =L rSub { size 8{"11"} } i rSub { size 8{1} } +L rSub { size 8{"12"} } i rSub { size 8{2} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.59)</para>
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    <para id="id13111513"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>L</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>12</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:msub><m:mi>L</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>21</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{L rSub { size 8{"12"} } =L rSub { size 8{"21"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.61)</para>
    <para id="id13111600">Note that 
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    <para id="id13111697"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:msub><m:mi>L</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>22</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mrow><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:msub><m:mi>L</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>12</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mi>D</m:mi></m:mfrac></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{i rSub { size 8{1} } = {  {L rSub { size 8{"22"} } λ rSub { size 8{1} }  - L rSub { size 8{"12"} } λ rSub { size 8{2} } }  over  {D} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.62)</para>
    <para id="id13111818"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mfrac><m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:msub><m:mi>L</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>21</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">+</m:mo><m:msub><m:mi>L</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>11</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mi>D</m:mi></m:mfrac></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{i rSub { size 8{2} } = {  { - L rSub { size 8{"21"} } λ rSub { size 8{1} } +L rSub { size 8{"11"} } λ rSub { size 8{2} } }  over  {D} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.63)</para>
    <para id="id13111944"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mrow><m:mi>D</m:mi><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:msub><m:mi>L</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>11</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>L</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>22</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">−</m:mo><m:msub><m:mi>L</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>12</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow><m:msub><m:mi>L</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mtext>21</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mrow/></m:mrow><m:annotation encoding="StarMath 5.0"> size 12{D=L rSub { size 8{"11"} } L rSub { size 8{"22"} }  - L rSub { size 8{"12"} } L rSub { size 8{"21"} } } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.64)</para>
    <para id="id13112049">The energy for this linear system is</para>
    <para id="id13112073"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mrow><m:mtable><m:mtr><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msub><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:msub><m:mn>1</m:mn><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:msub><m:mn>2</m:mn><m:mstyle fontsize="6pt"><m:mrow><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub></m:msub><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>θ</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:mrow></m:mrow></m:mstyle><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:mrow><m:msubsup><m:mo stretchy="false">∫</m:mo><m:mn>0</m:mn><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle 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 size 12{"                          "= {  {1}  over  {2D \( θ rSub { size 8{0} }  \) } } L rSub { size 8{"11"} }  \( θ rSub { size 8{0} }  \) λ rSub { size 8{2 rSub { size 6{0} } } }  rSup {2}  size 12{+ {  {1}  over  {2D \( θ rSub {0}  size 12{ \) }} } L rSub {"22"} } size 12{ \( θ rSub {0} } size 12{ \) λ rSub {1 rSub { size 6{0} } }  rSup {2} } size 12{ -  {  {L rSub {"12"}  size 12{ \( θ rSub {0} } size 12{ \) }}  over  {D \( θ rSub {0}  size 12{ \) }} } λ rSub {1 rSub { size 6{0} } } } size 12{λ rSub {2 rSub { size 6{0} } } }}  {} 
} } {}</m:annotation></m:semantics></m:math> (3.65)</para>
    <list type="bulleted" id="id13112742">
      <item>Coenergy function for a system with two windings can be defined as:</item>
    </list>
    <para id="id13112772"><m:math><m:semantics><m:mrow><m:mstyle fontsize="12pt"><m:mrow><m:mrow><m:msubsup><m:mi>W</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mstyle fontstyle="italic"><m:mrow><m:mtext>fld</m:mtext></m:mrow></m:mstyle></m:mrow></m:mstyle><m:mi>'</m:mi></m:msubsup><m:mo stretchy="false">(</m:mo><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:msub><m:mi>i</m:mi><m:mstyle fontsize="8pt"><m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:mstyle></m:msub><m:mi>,</m:mi><m:mi>θ</m:mi><m:mrow><m:mo stretchy="false">)</m:mo><m:mo stretchy="false">=</m:mo><m:msub><m:mi>λ</m:mi><m:mstyle 