Qual è la differenza tra il campo magnetico H e il campo B?

Wikipedia fornisce una spiegazione matematica . Posso ottenere quello intuitivo? Vorrei, ad esempio, capire una scheda tecnica in ferrite. Questi di solito hanno grafici di H vs B e la definizione di permeabilità dipende dalla comprensione della relazione tra H e B.

Inoltre, mi chiedo: sono stato in grado di imparare molto sui campi elettrici prima di sapere quali fossero i "campi". Ho appreso della tensione e della legge di Ohm e così via, che un fisico potrebbe spiegare con un campo, ma che l'ingegnere elettrico spiega con concetti più semplici, come la differenza tra due punti in un circuito. Esiste una spiegazione simile e più semplice dei campi H vs B che è più rilevante per l'ingegnere elettrico e meno per il fisico?

H è la forza motrice delle bobine ed è ampere giri al metro dove la parte del contatore è la lunghezza del circuito magnetico. In un trasformatore è facile determinare questa lunghezza perché il 99% del flusso è contenuto nel nucleo. Una bobina con un nucleo d'aria è difficile come potresti immaginare.

Penso a B come un sottoprodotto di H e B è reso più grande dalla permeabilità del nucleo.

In elettrostatica, E (intensità del campo elettrico) è l'equivalente di H (intensità del campo magnetico) ed è in qualche modo più facile da visualizzare. Le sue unità sono volt al metro e danno anche origine ad un'altra quantità, la densità del flusso elettrico (D) quando moltiplicata per la permittività del materiale in cui esiste: -

e$\dfrac{B}{H} = \mu_0\mu_R$

$\dfrac{D}{E} = \epsilon_0\epsilon_R$

Per quanto riguarda le schede tecniche in ferrite, la curva BH è importante: ti dice la permeabilità del materiale e questo è direttamente correlato a quanta induttanza puoi ottenere per un giro di filo.

Indica anche quanta energia potrebbe essere persa quando si inverte il campo magnetico - questo ovviamente accadrà sempre quando azionato a corrente alternata - non tutti i domini nella ferrite ritornano per produrre una media di zero magnetismo quando viene rimossa la corrente e quando si inverte attualmente i domini rimanenti devono essere neutralizzati prima che il magnetismo del nucleo diventi negativo - ciò richiede una piccola quantità di energia sulla maggior parte dei ferriti e provoca il termine perdita di isteresi.

Altri grafici importanti in una scheda tecnica in ferrite sono la permeabilità rispetto al grafico della frequenza e la permeabilità rispetto alla temperatura.

Dall'esperienza personale di aver progettato alcuni trasformatori, li trovo tortuosi in quanto non mi sembra di ricordare naturalmente nulla di diverso dalle basi ogni volta che inizio un nuovo design e questo è fastidioso - in questa risposta ho dovuto ricontrollare tutto tranne il unità di H!

Versione breve: sia B che H provengono da magneti o corrente.

Uno (H) è "giri di ampere", (no: Andy ha ragione: giri di ampere per metro) l'altro (B) è H volte la permeabilità del circuito magnetico. Per aria o vuoto, questo è 1, quindi B = H. Per ferro, B = permeabilità (numero elevato) * H.

$\mu_0$

Per uno scenario più complesso come un motore, che coinvolge pezzi di palo di ferro, barre di ferro in un rotore e spazi d'aria, ogni sezione ha la sua permeabilità, lunghezza e area, quindi mentre conosci gli ampere giri, capendo il flusso magnetico in ciascuno l'area (il divario d'aria tra i poli e il rotore per esempio) e quindi la coppia che ci si può aspettare dal motore diventa un processo contabile complesso.

Potresti pensare che aumentare la permeabilità per aumentare il flusso magnetico per la stessa corrente sia una buona cosa - e potresti arrivare fino a un certo punto: la relazione BH non è lineare (sopra una certa B, la permeabilità diminuisce (grossolanamente, quando tutto il i domini magnetici sono già allineati) - questo è noto come saturazione di un nucleo magnetico - o di un componente nel circuito magnetico di un trasformatore o motore. Ad esempio, se un componente si satura prima degli altri, aumenta la sua sezione trasversale o cambia il suo materiale: in alcuni materiali, anche la curva BH presenta isteresi, ovvero il materiale viene magnetizzato e memorizza lo stato precedente: è per questo che può fungere da memoria per computer o nastro audio.

La progettazione di circuiti magnetici è un'arte tanto quanto la progettazione di circuiti elettrici, e troppo spesso trascurata.

Non sei il primo a essere confuso dalle spiegazioni convenzionali di B&H in quanto si applicano a dispositivi elettromagnetici pratici come i nuclei di induttore di ferrite. Ho lottato per anni con le spiegazioni standard della natura del B&H e della loro applicazione in tali dispositivi. La mia salvezza è arrivata da un singolo capitolo di un libro in gran parte dimenticato che mi è capitato in un negozio di libri usati circa venti anni fa. Credo che il libro sia ora disponibile online in formato pdf. Prova Google Libri. Il nome del libro è "The Magnetic Circuit" di V. Karapetoff ed è stato pubblicato intorno al 1911 - sì, 110+ anni fa! Tuttavia, i principi magnetici erano ben compresi all'epoca e la terminologia è rimasta sostanzialmente invariata nei decenni successivi.

Se leggi il Capitolo 1 con molta attenzione sarai benedetto con una comprensione molto pratica del campo magnetico e di tutte le sue belle caratteristiche e la sua terminologia arcana che è ancora oggi in uso comune (ad esempio forza magnetomotrice, permeazione, riluttanza, flusso vs densità di flusso , ecc.) Anche i restanti capitoli sono interessanti, ma non così ben presentati come il Capitolo 1, che venero come una gemma scintillante di esposizione ingegneristica.

Aiuterà anche la tua comprensione se costruisci alcune semplici bobine air-core per sperimentare come aiuto alla digestione dei concetti di base. Utilizzare un generatore di funzioni per pilotare le bobine e una bobina più piccola per rilevare il campo magnetico e visualizzarlo su un oscilloscopio. Le bobine guidate dovrebbero avere un diametro di circa 6-12 pollici e una bobina di rilevamento di circa 1/2 "di diametro. Una frequenza di 1000 Hz è adeguata. Se sei davvero ambizioso, dovresti costruire la bobina toroidale che l'autore usa come principale veicolo di spiegazione.

Concluderò dando la mia spiegazione standard di B&H: il circuito elettrico più semplice è una batteria con un resistore collegato in parallelo. La legge di Ohm può essere appresa esclusivamente da questa semplice disposizione di tre elementi - sorgente di tensione, resistenza e filo - insieme a un voltmetro e un amperometro. Il B&H può essere analizzato in modo analogo dal circuito magnetico più semplice. Questo è un filo con una corrente (CA o CC) che lo attraversa.

Il campo magnetico prodotto dalla corrente circonda il filo con una formazione cilindrica di linee di flusso. "M" è la forza magnetomotrice analoga alla tensione della batteria nell'esempio della legge di Ohm. "B" è la forza del risultante campo di flusso magnetico formato attorno al filo da quella forza magnetomotrice M, ed è analogo alla corrente elettrica "I" nell'esempio della Legge di Ohm. Il "resistore" è la permeabilità dell'aria che circonda il filo. L'aria circostante forma una resistenza magnetica "collettiva" o "distribuita" di sorta attorno al filo. Questo "resistore magnetico" determina un rapporto del flusso prodotto "B" per una determinata forza motrice (cioè la forza magnetomotrice) "M", che è a sua volta proporzionale al valore della corrente che fluisce attraverso il filo, abbastanza simile alla legge di Ohm. Sfortunatamente, non possiamo acquistare "resistori magnetici" in nessun valore adatto alla nostra fantasia. Né esiste un "Misuratore di forza magnetomotrice" equivalente al nostro pratico voltmetro disponibile da Digikey. Se sei abbastanza fortunato da avere un "misuratore di flusso", puoi misurare il valore "B" delle linee di flusso che circondano il filo. Quindi, immagina come decifreresti la legge di Ohm dal semplice circuito di resistenza della batteria che ho descritto sopra, se tutto ciò che dovessi lavorare fosse un amperometro e non conoscessi il valore della resistenza o la tensione della batteria. Sarebbe un esercizio intellettuale piuttosto sconcertante! Questo è il più grande onere pratico da superare quando si imparano i circuiti magnetici: semplicemente non abbiamo gli strumenti di base per la misurazione magnetica come per l'elettricità. non possiamo acquistare "resistori magnetici" in nessun valore adatto alla nostra fantasia. Né esiste un "Misuratore di forza magnetomotrice" equivalente al nostro pratico voltmetro disponibile da Digikey. 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Ahhhh, ma nessuno può spiegarlo esattamente come il buon vecchio Karapetoff - chiunque fosse e dove mai ora riposi!

$B = \mu_c\times H$

$\mu_c$

H è l'intensità del campo magnetico ed è una quantità assoluta.

A mio avviso, H è il campo magnetico causato dalla corrente nella bobina. Presuppone che non sia inserito alcun nucleo ferromagnetico. Se si inseriva il nucleo ferromagnetico, il campo magnetico diventa più forte nel nucleo e quindi c'era la necessità di descrivere quel campo magnetico netto, denotandolo con B. Dato che c'era bisogno di distinguerli, H era chiamato intensità di campo e B era chiamato densità del flusso.

Penso che H sia una quantità assoluta che non varia con il materiale e rimane costante per la stessa forza derivante (es. Filo o magnete portante corrente). Ma il valore di B dipende dal materiale. Il valore di B dipende da quanto magnetico campo di linee, qualsiasi materiale consente di attraversarlo, quindi mu_0 è un fattore di conversione che mette in relazione il campo magnetico applicato totale H (che è assoluto) a linee di campo che qualsiasi materiale consente attraverso di essi (che varia da materiale a materiale).