Permeabilidade e saturação

A não linearidade da permeabilidade do material pode ser representada graficamente para uma melhor compreensão. Colocaremos a quantidade de intensidade de campo (H), igual à força de campo (mmf) dividida pelo comprimento do material, no eixo horizontal do gráfico. No eixo vertical, colocaremos a quantidade de densidade de fluxo (B), igual ao fluxo total dividido pela área da seção transversal do material.

Usaremos as quantidades de intensidade de campo (H) e densidade de fluxo (B) em vez de força de campo (mmf) e fluxo total (Φ) para que a forma de nosso gráfico permaneça independente das dimensões físicas de nosso material de teste. O que estamos tentando fazer aqui é mostrar uma relação matemática entre a força de campo e o fluxo para qualquer pedaço de uma substância particular, no mesmo espírito que descreve a resistência específica de um material em ohm-cmil / ft em vez de sua resistência real em ohms.







Isso é chamado de curva de magnetização normal , ou curva B-H , para qualquer material específico. Observe como a densidade de fluxo para qualquer um dos materiais acima (ferro fundido, aço fundido e chapa de aço) se estabiliza com o aumento da intensidade do campo. Este efeito é conhecido como saturação . Quando há pouca força magnética aplicada (baixo H), apenas alguns átomos estão alinhados e o resto é facilmente alinhado com força adicional.

No entanto, à medida que mais fluxo fica amontoado na mesma área de seção transversal de um material ferromagnético, menos átomos estão disponíveis dentro desse material para alinhar seus elétrons com força adicional e, portanto, é necessário mais e mais força (H) para obter cada vez menos “Ajuda” do material na criação de mais densidade de fluxo (B). Para colocar isso em econômico termos, estamos vendo um caso de retorno decrescente (B) sobre nosso investimento (H). A saturação é um fenômeno limitado aos eletroímãs com núcleo de ferro.

Os eletroímãs de núcleo de ar não saturam, mas por outro lado, eles não produzem quase tanto fluxo magnético quanto um núcleo ferromagnético para o mesmo número de voltas de fio e corrente.

Histerese magnética

Outra peculiaridade para confundir nossa análise de fluxo magnético versus força é o fenômeno da histerese magnética . Como termo geral, histerese significa um atraso entre a entrada e a saída em um sistema após uma mudança de direção. Qualquer pessoa que já dirigiu um automóvel velho com direção "solta" sabe o que é histerese:para mudar de virar à esquerda para virar à direita (ou vice-versa), você precisa girar o volante uma quantidade adicional para superar o "atraso" embutido no sistema de ligação mecânica entre o volante e as rodas dianteiras do carro.

Em um sistema magnético, a histerese é vista em um material ferromagnético que tende a permanecer magnetizado após uma força de campo aplicada ter sido removida (consulte “retentividade” na primeira seção deste capítulo) se a força for invertida na polaridade.

Vamos usar o mesmo gráfico novamente, apenas estendendo os eixos para indicar quantidades positivas e negativas. Primeiro, vamos aplicar uma força de campo crescente (corrente através das bobinas de nosso eletroímã). Devemos ver o aumento da densidade do fluxo (subir e para a direita) de acordo com a curva de magnetização normal:







Em seguida, vamos parar a corrente que passa pela bobina do eletroímã e ver o que acontece com o fluxo, deixando a primeira curva ainda no gráfico:







Devido à retentividade do material, ainda temos um fluxo magnético sem força aplicada (sem corrente na bobina). Nosso núcleo eletroímã está atuando como um ímã permanente neste ponto. Agora vamos aplicar lentamente a mesma quantidade de força do campo magnético no oposto direção para nossa amostra:







A densidade de fluxo agora atingiu um ponto equivalente ao que era com um valor positivo total de intensidade de campo (H), exceto na direção negativa ou oposta. Vamos parar a corrente que passa pela bobina novamente e ver quanto fluxo permanece:







Mais uma vez, devido à retentividade natural do material, ele manterá um fluxo magnético sem energia aplicada à bobina, exceto que desta vez em uma direção oposta à da última vez em que interrompemos a corrente através da bobina. Se reaplicarmos a potência em uma direção positiva novamente, devemos ver a densidade do fluxo atingir seu pico anterior no canto superior direito do gráfico novamente:







A curva em forma de "S" traçada por essas etapas forma o que é chamado de curva de histerese de um material ferromagnético para um determinado conjunto de extremos de intensidade de campo (-H e + H).

Exemplo de histerese em automóveis

Considere um gráfico de histerese para o cenário de direção de automóvel descrito anteriormente, um gráfico que descreve um sistema de direção "apertado" e outro que descreve um sistema "solto":









Assim como no caso dos sistemas de direção de automóveis, a histerese pode ser um problema. Se você estiver projetando um sistema para produzir quantidades precisas de fluxo de campo magnético para determinadas quantidades de corrente, a histerese pode prejudicar este objetivo de projeto (devido ao fato de que a quantidade de densidade de fluxo dependeria da corrente e quão fortemente ele foi magnetizado antes!). Da mesma forma, um sistema de direção solto é inaceitável em um carro de corrida, onde uma resposta de direção precisa e repetível é uma necessidade.

Além disso, ter que superar a magnetização anterior em um eletroímã pode ser um desperdício de energia se a corrente usada para energizar a bobina estiver alternando para frente e para trás (CA). A área dentro da curva de histerese fornece uma estimativa aproximada da quantidade dessa energia desperdiçada.

Outras vezes, a histerese magnética é desejável. É o caso da utilização de materiais magnéticos como meio de armazenamento de informações (discos de computador, áudio e fitas de vídeo). Nessas aplicações, é desejável ser capaz de magnetizar uma partícula de óxido de ferro (ferrita) e contar com a retentividade desse material para "lembrar" seu último estado magnetizado.

Outra aplicação produtiva para a histerese magnética é a filtragem de “ruído” eletromagnético de alta frequência (oscilações rápidas de voltagem) da fiação de sinal, passando esses fios pelo meio de um anel de ferrite. A energia consumida para superar a histerese da ferrita atenua a força do sinal de “ruído”. Curiosamente, a curva de histerese da ferrita é bastante extrema:







REVER:

• A permeabilidade do material muda com a quantidade de fluxo magnético forçado através dele.
• A relação específica de força para fluxo (intensidade de campo H para densidade de fluxo B) é representada graficamente em uma forma chamada de curva de magnetização normal .
• É possível aplicar tanta força de campo magnético a um material ferromagnético que nenhum outro fluxo pode ser colocado nele. Esta condição é conhecida como saturação magnética .
• Quando a retentividade de uma substância ferromagnética interfere com sua re-magnetização na direção oposta, uma condição conhecida como histerese ocorre.

PLANILHAS RELACIONADAS:

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