¿Puedes explicar la diferencia entre la fuerza coercitiva y la fuerza coercitiva intrínseca?
La fuerza coercitiva intrínseca es la coercitividad de un material magnético en una configuración de circuito cerrado. Una configuración de circuito cerrado significa que el imán no tiene polos expuestos. Algunos ejemplos de una configuración de circuito cerrado son una forma de anillo magnetizada circunferencialmente o un bloque o disco apretado entre las piezas polares de un electroimán.
Si un imán está en una configuración de circuito cerrado y no tiene polos expuestos, no generará un campo magnético externo. Si no está generando un campo magnético, a menudo no tiene ningún propósito útil.
La fuerza coercitiva normal, simplemente llamada coercitividad, describe el imán en la configuración de circuito abierto, que es típica para la mayoría de las aplicaciones.
Generalmente, a medida que aumenta el producto de energía máxima de un material Nd-Fe-B, Hci disminuye. ¿Cuándo y por qué debería importarme?
Debe tener cuidado si el imán se va a exponer a temperaturas elevadas (por encima de 150 °C/65 °F), si los imanes estarán en repulsión o si los imanes entrarán en ensamblajes de cuadratura o Halbach.
Debería preocuparse porque los imanes de Hci bajos perderán irreversiblemente mucha fuerza magnética. Por lo general, esto se puede recuperar remagnetizando, pero si están en un ensamblaje complicado, es posible que deba desarmarlo.
En un dipolo, ¿por qué a veces queremos generar Oersteds en el espacio y otras veces generar flujo en el espacio? ¿Cuál es la diferencia, si la hay?
Generalmente medimos la intensidad del campo magnético en Gauss, pero si ese campo se usa para magnetizar otra cosa, se convierte en una fuerza magnetizante en Oersteds. Dado que la permeabilidad (U) es igual a B/H, en cualquier lugar donde U=1, B será igual a H. En el sistema cgs, la permeabilidad del aire es 1, la unidad de fuerza magnetizante (H) es el Oersted y la unidad de densidad de flujo es el Gauss, por lo que los Oersted son numéricamente equivalentes a Gauss (B=H). Tenga en cuenta que el "flujo en el espacio" debe dividirse por el área del espacio, en centímetros, para obtener un valor en Gauss u Oersteds.
El imán que pedí tiene una especificación de Br de 12.4 kG. ¿Por qué la densidad de flujo mide solo 3.0 kG?
Esto se explica mejor haciendo referencia a la característica de imán permanente del coeficiente de permeabilidad, que está estrictamente determinada por la geometría. En general, los imanes más largos tienen mayores coeficientes de permeabilidad. Además, un imán con un coeficiente de permeabilidad más alto funciona en un punto de operación más alto. Ahora, imagine estirar un imán para que su longitud magnética sea infinita. Según las pocas oraciones anteriores, esto daría como resultado un imán con el mayor coeficiente de permeabilidad posible y, en consecuencia, el punto de operación más alto posible. Esta es la única configuración donde un imán opera en Br.
Cualquier otra configuración geométrica operará en algún punto menos que este. Dado que los imanes prácticos tienen longitudes discretas inferiores al infinito, son víctimas de esta restricción geométrica y funcionan a niveles inferiores al valor de Br. Además, el valor de Br de un imán no es una indicación de la densidad de campo que se ve fuera del imán. Es el campo inducido, dentro del imán, que permanece cuando se elimina la fuerza de magnetización y el coeficiente de permeabilidad es infinito.
Para realizar trabajo, el flujo magnético debe abandonar el imán e inducir un campo en el espacio. Este campo inducido variará con la posición fuera del imán. Numerosas imágenes muestran gráficos de líneas de flujo magnético en el espacio (por ejemplo, el experimento de limaduras de hierro en la escuela). Una lectura de Gauss mide la densidad, o qué tan juntas están estas líneas en un espacio dado. La superficie de un imán producirá la lectura de gauss más alta porque (casi) todo el flujo generado por el imán sale de la cara del polo. Sin embargo, esta lectura aún no es igual a la del Hno. Esto se debe a las restricciones geométricas mencionadas en el párrafo anterior. A medida que las líneas de flujo ingresan al mundo exterior, se vuelven menos densas a medida que avanzan hacia el material permeable más cercano (a menudo, el polo opuesto del mismo imán). En consecuencia, al diseñar un imán, no solo se deben considerar las características magnéticas del material, sino también los efectos geométricos de la forma propuesta.
¿Qué significa magnetizar hasta la saturación en términos de propiedades magnéticas?
Todos los materiales "magnetizables" están en todo momento tan completamente magnetizados como lo permite su estado térmico. Esto se debe a que los espines de electrones desapareados en órbita son la fuente de los momentos magnéticos atómicos. Estos imanes atómicos completamente magnetizados se ensamblan en grupos, o dominios, con la misma orientación. Luego, los dominios se orientan para cancelarse entre sí, de modo que no haya un campo magnético externo medible. La magnetización es el proceso de convertir todos los dominios en una alineación común para que el imán exhiba un campo magnético externo.
La energía requerida para magnetizar un material depende de varios factores, y la cantidad de energía retenida está relacionada con la geometría y la coercitividad del material magnético. Magnetizar hasta la saturación implica que todos los dominios deben rotarse en una alineación común. Esto es imposible porque la energía requerida aumenta asintóticamente a medida que aumenta el nivel de magnetización. En el pasado, el criterio generalmente aceptado para la "saturación total" era que no debería haber un aumento medible en la inducción cuando se aplicaba el doble de energía magnetizante. Para imanes grandes de alta energía, esto sería imposible hoy en día, o poco práctico, pero esto se puede hacer con muestras a pequeña escala. Los datos de prueba de la muestra pequeña se pueden usar para establecer el campo de magnetización requerido para piezas más grandes en bobinas más grandes.
Los fabricantes de materiales suelen indicar el campo necesario para magnetizar una pieza que tenga una geometría que produzca el máximo producto de energía. Dado que esto rara vez ocurre, y las propiedades magnéticas medibles dependen de la forma, Dexter establece límites de prueba para piezas individuales utilizando modelos de análisis de elementos de contorno, que tienen en cuenta la geometría de la pieza y las propiedades del material.
¿Qué es una superficie polar?
Para una pieza con una sección transversal uniforme normal a la dirección de magnetización y propiedades magnéticas homogéneas, una superficie polar se compone de aproximadamente la mitad del área de superficie total del imán. Eso incluye no solo un extremo de un imán, sino también la mitad del área lateral. Si un extremo polar de un imán es más grande que el otro, o si las propiedades magnéticas no son uniformes, entonces la densidad de flujo en un extremo polar será diferente de la del otro extremo polar, y el área de la superficie polar se ajustará para compensar hasta que el polo las fuerzas son iguales. La zona neutra, cuando se observa con papel de visualización, estaría desplazada hacia el polo que muestra una mayor densidad de flujo.
¿Qué es la fuerza del polo?
La fuerza del polo se define como el flujo magnético total que pasa a través de un polo magnético, y debido a que cada línea de flujo pasa continuamente de una superficie polar a la otra, tanto interna como externamente, ambos polos de un imán tienen la misma fuerza polar.
¿Cuál es la definición del polo norte? ¿Por qué el polo norte se llama más apropiadamente el polo “BUSCADOR DEL NORTE”? ¿Cómo lo encuentro?
Usamos la definición de la Asociación de Productores de Materiales Magnéticos (MMPA) que establece que “el polo norte de un imán es el polo que es atraído por el polo norte geográfico. Por lo tanto, el polo norte de un imán repelerá el polo buscador de norte de una brújula magnética”. En otras palabras, si quieres usar una brújula, recuerda que el polo Sur de la brújula te indicará el Polo Norte de nuestro imán.
El polo norte de una brújula se llama más correctamente el polo buscador del norte porque "busca" el polo norte geográfico. Pero pocas personas se toman el tiempo de decir "polo buscador del norte".
Si tuviera que usar una brújula para determinar la polaridad, el polo sur de la brújula apuntará hacia el polo norte del imán. Sin embargo, no dejes que la brújula se acerque demasiado al imán, ¡o correrás el riesgo de volver a magnetizar la brújula de forma incorrecta!
Si tuviera que usar un gaussímetro, tendrá que usar una sonda axial. El lado de un imán que te da una lectura positiva será el polo norte.
El método más simple es tener un imán con el polo norte marcado y ver qué lado atrae y repele al otro imán. Los polos opuestos se atraen, los polos iguales se repelen.
¿Cuál es la diferencia entre densidad de flujo e intensidad de campo? ¿Qué debería preocupar más a un diseñador de circuitos magnéticos y por qué?
La densidad de flujo es una medida de las líneas de flujo POR UNIDAD DE ÁREA. La unidad para el valor de las líneas de flujo por centímetro cuadrado es el Gauss, leído por un Gaussímetro. La fuerza de campo generalmente se refiere al flujo total disponible en el área de interés, y las unidades son Maxwells o Webers; como cuando se hace una medición de flujómetro usando una bobina de búsqueda.
Un imán solo generará una cierta cantidad de flujo, dependiendo de su material, tamaño y geometría. El diseñador del circuito magnético debe utilizar el flujo disponible de la manera más eficiente para lograr los resultados deseados. Eso generalmente se traduce en producir algún valor de densidad de flujo en un área definida.
¿Qué es el coeficiente de permeabilidad y cómo se utiliza en el diseño magnético?
En su sentido más amplio, el coeficiente de permeancia es una figura de mérito para un imán, o circuito magnético, que indica la facilidad con la que el flujo viaja del Polo Norte al Polo Sur (por supuesto, el flujo magnético en realidad no viaja ni fluye). Sin embargo, es conceptualmente beneficioso describir el sistema de esta manera).
Después de la magnetización, un imán o circuito magnético operará en algún punto de la curva de desmagnetización de ese imán. Ciertas formas de circuito magnético operarán más abajo en la curva de desmagnetización que otras. El coeficiente de permeabilidad, calculado utilizando valores basados únicamente en los parámetros geométricos del circuito magnético, permite al ingeniero de diseño magnético determinar este punto de operación del imán en la curva de desmagnetización.
Un buen ejemplo para indicar la diferencia cualitativa entre imanes de bajo y alto coeficiente de permeabilidad sería considerar un imán largo en forma de lápiz (magnetizado en toda su longitud) y un imán plano en forma de moneda magnetizado en todo su grosor. En el caso del imán en forma de lápiz, está claro que la distancia que tiene que viajar el flujo de los polos norte a sur es aproximadamente la misma si el flujo tiene que viajar de regreso a través del imán mismo, o si el flujo tiene que viajar fuera de el imán a través del aire circundante. Como sabemos, el flujo magnético (como todos los sistemas físicos) toma el camino más fácil que se le presenta (el camino de menor desgana, en términos magnéticos). Por lo tanto, en el imán con forma de lápiz, la gran mayoría del flujo magnético viajará al Polo Sur del imán fluyendo fuera del propio imán. Debido a esto, la cantidad de autodesmagnetización que ve el imán (Hd) es muy baja. En tal situación, el imán opera muy cerca de Br, en lo alto de la curva de desmagnetización.
Teniendo en cuenta el imán plano con forma de moneda, uno puede imaginar una línea de flujo magnético que emerge del centro de la superficie del Polo Norte. Esta línea de flujo magnético volverá a buscar el camino de menor desgana. Sin embargo, en un imán con forma de moneda, el camino hacia el polo opuesto a través del aire circundante es bastante largo. De hecho, en algunos casos, el flujo magnético preferiría viajar de regreso a través del propio imán (en contra de su dirección de magnetización), para llegar al Polo Sur. En este caso, la cantidad de autodesmagnetización que ve el imán puede ser bastante significativa. En este caso, Hd tiene un valor bastante alto y el imán operará mucho más abajo en la curva de desmagnetización, más cerca de Hc.
El coeficiente de permeabilidad es matemáticamente igual a Bd/Hd. El cálculo del coeficiente de permeabilidad permite al ingeniero de diseño magnético determinar el punto de funcionamiento de un imán mediante la construcción de una línea de carga desde el origen de la curva BH con un gradiente igual al coeficiente de permeabilidad. La intersección de esta línea de carga y la curva de desmagnetización (en el punto (Hd, Bd)), es el punto de operación del imán.
¿Cuál es la relación entre la forma del campo y las proporciones del imán? ¿El tipo de material hace una diferencia?
Las líneas de flujo toman la ruta más fácil (menor reluctancia) que pueden de una superficie polar a la otra. Esto significa que todas las líneas de flujo que pasan a través de un imán aislado se doblarán hacia un lado tan pronto como sea posible. Debido a que el flujo se aglomera hacia los bordes de los extremos polares, la densidad de flujo radial aumenta. Usando limaduras de hierro para ver la forma del campo, esto da la apariencia de líneas de flujo arqueadas que pasan de polo a polo, con una mayor concentración hacia los extremos del imán, y algunas líneas de flujo arqueándose desde los lados del imán. Si la amplitud del vector de flujo fuera del eje es mayor que la coercitividad de los dominios en esa parte del imán, los dominios más débiles se alinearán con el vector.
La forma del campo también está dictada por la geometría del imán, o el coeficiente de permeabilidad (PC), que está relacionado con el l/d efectivo del imán (relación longitud/diámetro equivalente). La resistencia total a la desmagnetización es proporcional al producto de la longitud y la coercitividad (Hc), por lo que los imanes más largos tienen una mayor PC y menos efecto de autodesmagnetización (Hd). La mayor separación entre polos en imanes más largos da como resultado un mayor "alcance" del campo magnético y líneas de campo que emergen de las superficies laterales del imán. El campo magnético de la tierra es un ejemplo.
Todos los materiales de alta coercitividad (aquellos en los que el valor de Hc en Oersteds se aproxima al de Br en Gauss), como las tierras raras y la cerámica, tienen formas de campo externo similares. Con una resistencia a la desmagnetización (Hc) casi igual a la magnetización residual (Br), la intensidad del campo magnético externo (Bd) tiene menos efecto en la alineación del dominio interno, por lo que los polos efectivos parecen estar en los extremos polares de los imanes en el campo. parcelas de línea.
Los materiales de baja coercitividad, como Alnico 5, tienen una forma de campo externo diferente porque Hc es mucho menor que Br. Hc para Alnico 5 es aproximadamente el 5% de Br, por lo que el propio campo externo de un imán, Bd, afecta la alineación del dominio interno hacia los extremos polares. Por lo tanto, los dominios en los extremos y las esquinas de un imán de barra de Alnico de circuito abierto no permanecen alineados después de la magnetización en una bobina de núcleo de aire (a menos que se guarden), y las líneas de campo externas trazadas parecen tener un punto focal debajo de las superficies polares del imán. A menudo se utiliza un factor de longitud de 0.7 en los cálculos para tener en cuenta este efecto (los polos se desplazan un 15 % desde cada extremo polar). Sin embargo, 0.85 es un factor de longitud más realista para los imanes de Alnico con una geometría que hace que funcionen por encima de la rodilla en la curva del segundo cuadrante.
¿Cuál es la relación entre la dimensión y la forma del guardián de un imán y la forma y la fuerza del campo?
Por ejemplo, para un imán en "U" sobre una mesa, el retenedor debe ser tan "profundo" como la profundidad del imán (hacia la mesa) y el grosor del retenedor debe ser aproximadamente 2/3 del ancho del polo del imán. Esto se basa en el hecho de que el valor Br de los mejores materiales magnéticos es aproximadamente 2/3 del Bs del mejor acero. Para grados inferiores de material (menor Br), el grosor del retenedor debe ser (Br / 18000) x Wp (ancho del polo magnético). Para Alnico 2 esto sería 7500 / 18000 x Wp, o 0.42″ para un Wp de 1.0″.
¿Cuál es la diferencia entre un circuito abierto y un circuito cerrado en una aplicación de imán?
Un imán que funciona solo se conoce como una aplicación de circuito abierto. Hay muchas aplicaciones de circuito abierto, como los imanes permanentes que se utilizan para activar dispositivos de efecto Hall e interruptores de láminas. Las mediciones de la bobina de Helmholtz son pruebas de circuito abierto ya que no hay otros materiales magnéticos en la trayectoria del flujo durante la prueba. El coeficiente de permeabilidad de un imán de circuito abierto está determinado únicamente por la geometría del imán. Por ejemplo, un imán con una longitud igual a su radio tendrá una PC cercana a 1.0.
Un verdadero circuito magnético cerrado tendría los polos unidos por un material de alta permeabilidad y una relación Bd/Hd infinita, ya que Hd=0. Esta condición se aproxima cuando se utiliza un accesorio de magnetización de acero o cuando los imanes se prueban en un permeámetro. Un verdadero circuito magnético cerrado tiene poco valor práctico ya que no hay flujo externo disponible para realizar una función. Sin embargo, muchos circuitos magnéticos funcionales son más cerrados que abiertos, es decir, tienen un alto valor de PC. Una estimación del valor de PC para un circuito magnético es la longitud magnética de los imanes en el circuito dividida por la longitud del espacio de trabajo. Para un motor, esto podría ser un imán de 5" de espesor dividido por una longitud de espacio de 025" para un valor PC estimado de 20.
¿Cuál es la diferencia entre la curva intrínseca y la curva normal? Entiendo que generalmente usamos la curva normal cuando diseñamos los imanes, entonces, ¿cuándo se usa la curva intrínseca?
“Intrínseco” se define como “perteneciente a la naturaleza real de una cosa”. En el caso de un imán permanente, intrínseco se refiere a sus parámetros magnéticos internos, conocidos como Bd(i) y Hc(i). Dado que es imposible medir los valores internos directamente, los obtenemos de su relación con los parámetros externos, Bd y Hd. La relación establece que Bd(i) = Bd – Hd, por lo que la curva intrínseca se puede construir a partir de la curva normal. En el segundo cuadrante, donde operan los imanes permanentes, H es negativo, por lo que Bd(i) = Bd – (-Hd) = Bd+Hd. En condiciones normales de operación, Bd es entonces siempre menor que Bd(i).
En un circuito cerrado, donde H = 0 (sin espacios), Bd = Bd(i) = Br. Sin embargo, siempre habrá una brecha en un circuito magnético estático para que sea útil, por lo que siempre está presente una fuerza de autodesmagnetización (Hd). La densidad de flujo externo, Bd, denominada densidad de flujo “normal”, se utiliza para el diseño de circuitos porque representa la cantidad de flujo disponible para el circuito después de que se tiene en cuenta el campo de autodesmagnetización, Hd.
Los valores intrínsecos se vuelven importantes al analizar el efecto de campos externos aplicados, como en un motor, donde el imán permanente está sujeto a fuertes campos de inversión. Las intensidades de campo opuesto medidas o calculadas se trazan como un desplazamiento [Ha] de la línea de carga intrínseca [Bd(i)/Hd] para determinar si es probable que se produzca una "caída" permanente al forzar el imán sobre la rodilla en su posición intrínseca. curva. Otro lugar donde se deben considerar las propiedades intrínsecas es cuando se calcula el efecto de la forma del imán (coeficiente de permeabilidad) sobre la intensidad de campo necesaria para la saturación del imán.
¿Por qué las fuerzas de atracción son más fuertes que las fuerzas de repulsión? ¿No deberían ser las fuerzas magnéticas iguales y opuestas?
Los imanes en atracción producen una intensidad de campo creciente en el espacio entre ellos a medida que se acercan y, por lo tanto, una fuerza mayor. La razón es que el coeficiente de permeabilidad del sistema efectivo (PC) aumenta a medida que los imanes se acercan. A medida que se acercan, fluyen más líneas de flujo de un imán al otro, en lugar de tomar un camino del polo norte al polo sur del mismo imán. Esto hace que actúen cada vez más como un único imán más largo con una mayor pendiente de línea de carga, aumentando el valor de Bd y disminuyendo Hd para ambos imanes. (PC = Bd/Hd)
Dado que las líneas de flujo no pueden cruzarse entre sí, los campos magnéticos de los imanes en repulsión se comprimen. La densidad de flujo en el componente radial de los campos de tronzado aumenta en amplitud a medida que los imanes se acercan entre sí, y una mayor parte de su propio campo externo (Bd) es empujado hacia los propios imanes, donde se convierte en parte del campo de autodesmagnetización (Hd) . Dado que Bd disminuye mientras Hd aumenta, el valor de PC disminuye a medida que los imanes repelentes se acercan y hay menos campo externo disponible para crear una fuerza repelente. Una disposición de imán repelente puede aplicar campos cruzados intensos donde los dominios magnéticos tienen la menor resistencia a las influencias externas, por lo que puede ocurrir cierto nivel de desmagnetización, según la geometría del imán y la coercitividad del material.