Puoi spiegare la differenza tra forza coercitiva e forza coercitiva intrinseca?
La forza coercitiva intrinseca è la coercitività di un materiale magnetico in una configurazione a circuito chiuso. Una configurazione a circuito chiuso significa che il magnete non ha poli esposti. Alcuni esempi di una configurazione a circuito chiuso sono una forma ad anello magnetizzata circonferenzialmente, o un blocco o disco schiacciato tra le espansioni polari di un elettromagnete.
Se un magnete è in una configurazione a circuito chiuso e non ha poli scoperti, non genererà un campo magnetico esterno. Se non genera un campo magnetico, spesso non ha alcuno scopo utile.
La normale forza coercitiva, chiamata semplicemente coercitività, descrive il magnete nella configurazione a circuito aperto, tipica per la maggior parte delle applicazioni.
Generalmente, all'aumentare del prodotto energetico massimo di un materiale Nd-Fe-B, l'Hci diminuisce. Quando e perché dovrebbe interessarmi?
Dovresti preoccuparti se il magnete sarà esposto a temperature elevate (superiori a 150 ° F/ 65 ° C), se i magneti saranno in repulsione o se i magneti andranno in quadratura o in gruppi Halbach.
Dovresti preoccuparti perché i magneti a basso Hci perderanno irreversibilmente molta forza magnetica. Di solito questo può essere recuperato rimagnetizzando, ma se si trovano in un assemblaggio complicato, potrebbe essere necessario smontarlo.
In un dipolo, perché a volte vogliamo generare Oersted nel gap e talvolta generare flusso nel gap? Qual è la differenza, se c'è?
Generalmente misuriamo l'intensità del campo magnetico in Gauss, ma se quel campo viene utilizzato per magnetizzare qualcos'altro, diventa una forza magnetizzante in Oersteds. Poiché la permeabilità (U) è uguale a B/H, ovunque U=1, B sarà uguale a H. Nel sistema cgs, la permeabilità dell'aria è 1, l'unità della forza magnetizzante (H) è l'Oersted e l'unità di densità di flusso è il Gauss, quindi gli Oersted sono numericamente equivalenti a Gauss (B=H). Si noti che il "flusso nell'intercapedine" deve essere diviso per l'area dell'intercapedine, in centimetri, per ottenere un valore in Gauss o Oersteds.
Il magnete che ho ordinato ha una specifica Br di 12.4 kG – perché la densità di flusso misura solo 3.0 kG?
Ciò è meglio spiegato facendo riferimento alla caratteristica del magnete permanente del coefficiente di permeanza, che è strettamente determinato dalla geometria. In generale, i magneti più lunghi hanno coefficienti di permeanza maggiori. Inoltre, un magnete con un coefficiente di permeanza più elevato funziona in un punto operativo più elevato. Ora, immagina di allungare un magnete in modo che la sua lunghezza magnetica sia infinita. Secondo le poche frasi precedenti, ciò si tradurrebbe in un magnete con il coefficiente di permeanza più grande possibile e, di conseguenza, il punto operativo più alto possibile. Questa è l'unica configurazione in cui un magnete opera a Br.
Qualsiasi altra configurazione geometrica funzionerà in un punto inferiore a questo. Poiché i magneti pratici hanno lunghezze discrete inferiori all'infinito, cadono vittime di questo vincolo geometrico e operano a livelli inferiori al valore Br. Inoltre, il valore Br di un magnete non è un'indicazione della densità di campo vista all'esterno del magnete. È il campo indotto, all'interno del magnete, che rimane quando la forza magnetizzante viene rimossa e il coefficiente di permeanza è infinito.
Per eseguire lavoro, il flusso magnetico deve lasciare il magnete e indurre un campo nello spazio. Questo campo indotto varierà con la posizione al di fuori del magnete. Numerose immagini mostrano grafici di linee di flusso magnetico nello spazio (ad esempio l'esperimento sulla limatura di ferro a scuola). Una lettura di Gauss misura la densità, o quanto fitte sono queste linee in un dato spazio. La superficie di un magnete produrrà la lettura di gauss più alta perché (quasi) tutto il flusso generato dal magnete esce dalla superficie polare. Questa lettura, tuttavia, non è ancora all'altezza di fr. Ciò è dovuto ai vincoli geometrici menzionati nel paragrafo precedente. Quando le linee di flusso entrano nel mondo esterno, diventano meno dense man mano che si dirigono verso il materiale permeabile più vicino (spesso il polo opposto dello stesso magnete). Di conseguenza, nella progettazione di un magnete, si devono considerare non solo le caratteristiche magnetiche del materiale, ma anche gli effetti geometrici della forma proposta.
Cosa significa magnetizzare a saturazione in termini di proprietà magnetiche?
Tutti i materiali "magnetizzabili" sono sempre completamente magnetizzati quanto lo consente il loro stato termico. Questo perché gli spin di elettroni spaiati in orbita sono la fonte dei momenti magnetici atomici. Questi magneti atomici completamente magnetizzati si assemblano in gruppi, o domini, con lo stesso orientamento. I domini quindi si orientano per annullarsi a vicenda in modo che non vi sia alcun campo magnetico esterno misurabile. La magnetizzazione è il processo di trasformare tutti i domini in un allineamento comune in modo che il magnete mostri un campo magnetico esterno.
L'energia richiesta per magnetizzare un materiale dipende da una serie di fattori e la quantità di energia trattenuta è correlata alla geometria e alla coercitività del materiale del magnete. La magnetizzazione alla saturazione implica che tutti i domini devono essere ruotati in un allineamento comune. Ciò è impossibile perché l'energia richiesta aumenta asintoticamente all'aumentare del livello di magnetizzazione. In passato, i criteri generalmente accettati per la "piena saturazione" erano che non ci dovrebbe essere un aumento misurabile dell'induzione quando viene applicata il doppio dell'energia magnetizzante. Per magneti grandi e ad alta energia questo oggi sarebbe impossibile o poco pratico, ma questo può essere fatto con campioni su piccola scala. I dati del test del piccolo campione possono quindi essere utilizzati per stabilire il campo di magnetizzazione richiesto per parti più grandi in bobine più grandi.
I produttori di materiali di solito dichiarano il campo richiesto per magnetizzare una parte avente una geometria che produce il massimo prodotto di energia. Poiché questo accade raramente e le proprietà magnetiche misurabili dipendono dalla forma, Dexter stabilisce limiti di prova per le singole parti utilizzando modelli di analisi degli elementi di contorno, che tengono conto della geometria della parte e delle proprietà del materiale.
Cos'è una superficie polare?
Per una parte con una sezione trasversale uniforme normale alla direzione di magnetizzazione e proprietà magnetiche omogenee, una superficie polare è costituita da circa la metà della superficie totale del magnete. Ciò include non solo un'estremità di un magnete, ma anche metà dell'area laterale. Se un'estremità polare di un magnete è più grande dell'altra, o le proprietà magnetiche non sono uniformi, la densità di flusso a un'estremità polare sarà diversa da quella all'altra estremità polare e l'area della superficie polare si adatterà per compensare fino a quando il polo le forze sono uguali. La zona neutra, se osservata con la visualizzazione della carta, sarebbe sfalsata verso il polo mostrando una densità di flusso maggiore.
Cos'è la forza del palo?
La forza del polo è definita come il flusso magnetico totale che passa attraverso un polo magnetico e poiché ogni linea di flusso passa continuamente da una superficie polare all'altra, sia internamente che esternamente, entrambi i poli di un magnete hanno forze polari uguali.
Qual è la definizione del polo nord? Perché il Polo Nord è più propriamente chiamato il polo “IN CERCA DEL NORD”? Come lo trovo?
Usiamo la definizione della Magnetic Materials Producers Association (MMPA) che afferma “il polo nord di un magnete è quel polo che è attratto dal polo nord geografico. Pertanto, il polo nord di un magnete respingerà il polo nord di una bussola magnetica”. In altre parole, se vuoi usare una bussola, ricorda che il polo Sud della bussola indicherà il Polo Nord della nostra calamita.
Il polo nord di una bussola è più propriamente chiamato il polo che cerca il nord perché "cerca" il polo nord geografico. Ma poche persone si prendono il tempo per dire "Polo alla ricerca del Nord".
Se dovessi usare una bussola per determinare la polarità, il polo sud della bussola punterà verso il polo nord del magnete. Non lasciare che la bussola si avvicini troppo al magnete, altrimenti rischierai di rimagnetizzare la bussola nel modo sbagliato!
Se dovessi usare un gaussmetro, dovrai usare una sonda assiale. Il lato di un magnete che ti dà una lettura positiva sarà il polo nord.
Il metodo più semplice è quello di avere un magnete con il polo nord segnato su di esso e vedere quale lato attrae e respinge l'altro magnete. Diversamente dai poli si attraggono, come i poli si respingono.
Qual è la differenza tra densità di flusso e intensità di campo? Di cosa dovrebbe preoccuparsi di più un progettista di circuiti magnetici e perché?
La densità di flusso è una misura delle linee di flusso PER UNITÀ DI AREA. L'unità per il valore delle linee di flusso per centimetro quadrato è il Gauss, letto da un Gaussmetro. L'intensità di campo si riferisce generalmente al flusso totale disponibile nell'area di interesse e le unità sono Maxwell o Weber; come quando si effettua una misurazione del flussometro utilizzando una bobina di ricerca.
Un magnete genererà solo una certa quantità di flusso, a seconda del materiale, delle dimensioni e della geometria. Il progettista di circuiti magnetici deve utilizzare il flusso disponibile nel modo più efficiente per ottenere i risultati desiderati. Ciò di solito si traduce nella produzione di un certo valore di densità di flusso in un'area definita.
Cos'è il coefficiente di permeanza e come viene utilizzato nella progettazione magnetica?
Nel suo senso più ampio, il coefficiente di permeanza è una cifra di merito per un magnete, o circuito magnetico, che indica la facilità con cui il flusso viaggia dal Polo Nord al Polo Sud (ovviamente, il flusso magnetico non viaggia effettivamente, o fluisce Tuttavia, è concettualmente vantaggioso descrivere il sistema in questo modo).
Dopo la magnetizzazione, un magnete, o circuito magnetico, opererà ad un certo punto sulla curva di smagnetizzazione per quel magnete. Alcune forme di circuito magnetico funzioneranno più in basso sulla curva di smagnetizzazione rispetto ad altre. Il coefficiente di permeanza, calcolato utilizzando valori basati esclusivamente sui parametri geometrici del circuito magnetico, consente al progettista magnetico di determinare questo punto di intervento del magnete sulla curva di smagnetizzazione.
Un buon esempio per indicare la differenza qualitativa tra magneti a basso e alto coefficiente di permeanza sarebbe considerare un lungo magnete a forma di matita (magnetizzato per tutta la sua lunghezza) e un magnete piatto a forma di moneta magnetizzato per il suo spessore. Nel caso del magnete a forma di matita, è chiaro che la distanza che il flusso deve percorrere dai poli nord a sud è grosso modo la stessa se il flusso deve tornare indietro attraverso il magnete stesso, o se il flusso deve viaggiare al di fuori di il magnete attraverso l'aria circostante. Come sappiamo, il flusso magnetico (come tutti i sistemi fisici) prende il percorso più facile che gli si presenta (il percorso di minor riluttanza, in termini magnetici). Pertanto, nel magnete a forma di matita, la stragrande maggioranza del flusso magnetico viaggerà verso il Polo Sud del magnete scorrendo all'esterno del magnete stesso. Per questo motivo, la quantità di autosmagnetizzazione che vede il magnete, (Hd), è molto bassa. In tale situazione, il magnete opera molto vicino a Br, in alto sulla curva di smagnetizzazione.
Considerando il magnete piatto a forma di moneta, si può immaginare una linea di flusso magnetico emergente dal centro della superficie del Polo Nord. Questa linea di flusso magnetico cercherà di nuovo il percorso di minor riluttanza. Tuttavia, in un magnete a forma di moneta, il percorso verso il polo opposto attraverso l'aria circostante è piuttosto lungo. Infatti, in alcuni casi il flusso magnetico preferirebbe tornare indietro attraverso il magnete stesso, (contro la sua direzione di magnetizzazione), per arrivare al Polo Sud. In questo caso, la quantità di autosmagnetizzazione che vede il magnete può essere piuttosto significativa. In questo caso, Hd ha un valore piuttosto elevato e il magnete funzionerà molto più in basso nella curva di smagnetizzazione, più vicino a Hc.
Il coefficiente di permeanza è matematicamente uguale a Bd/Hd. Il calcolo del coefficiente di permeanza consente al progettista magnetico di determinare il punto operativo di un magnete costruendo una linea di carico dall'origine della curva BH con un gradiente pari al coefficiente di permeanza. L'intersezione di questa linea di carico e la curva di smagnetizzazione (nel punto (Hd, Bd)), è il punto operativo del magnete.
Qual è la relazione tra la forma del campo e le proporzioni del magnete e il tipo di materiale fa la differenza?
Le linee di flusso prendono il percorso più semplice (riluttanza minore) possibile da una superficie polare all'altra. Ciò significa che tutte le linee di flusso che passano attraverso un magnete isolato si piegheranno di lato non appena possibile. Poiché il flusso si affolla verso i bordi alle estremità polari, la densità del flusso radiale aumenta. Usando limatura di ferro per vedere la forma del campo, questo dà l'impressione di linee di flusso arcuate che passano da un polo all'altro, con una maggiore concentrazione verso le estremità del magnete, e alcune linee di flusso che si incurvano dai lati del magnete. Se l'ampiezza del vettore di flusso fuori asse è maggiore della coercitività dei domini in quella porzione del magnete, i domini più deboli si allineeranno con il vettore.
La forma del campo è dettata anche dalla geometria del magnete, o coefficiente di permeanza (PC), che è correlato all'effettivo l/d del magnete (rapporto lunghezza/diametro equivalente). La resistenza totale alla smagnetizzazione è proporzionale al prodotto della lunghezza e della coercitività (Hc), quindi i magneti più lunghi hanno un PC più alto e un minore effetto di autosmagnetizzazione (Hd). La maggiore distanza tra i poli nei magneti più lunghi si traduce in una maggiore "portata" del campo magnetico e linee di campo che emergono dalle superfici laterali del magnete. Il campo magnetico terrestre ne è un esempio.
Tutti i materiali ad alta coercitività (quelli in cui il valore di Hc in Oersteds si avvicina a quello di Br in Gauss), come le terre rare e la ceramica, hanno forme di campo esterno simili. Con una resistenza alla smagnetizzazione (Hc) quasi uguale alla magnetizzazione residua (Br), l'intensità del campo magnetico esterno (Bd) ha un effetto minore sull'allineamento del dominio interno, quindi i poli effettivi sembrano essere alle estremità polari dei magneti in campo trame lineari.
I materiali a bassa coercitività, come Alnico 5, hanno una diversa forma del campo esterno perché Hc è molto più basso di Br. Hc per Alnico 5 è circa il 5% di Br, quindi il campo esterno di un magnete, Bd, influenza l'allineamento del dominio interno verso le estremità polari. Pertanto, i domini alle estremità e agli angoli di un magnete a barra Alnico a circuito aperto non rimangono allineati dopo la magnetizzazione in una bobina con nucleo d'aria (a meno che non siano tenuti) e le linee di campo esterne tracciate sembrano avere un punto focale sotto le superfici polari del magnete. Un fattore di lunghezza di 0.7 viene spesso utilizzato nei calcoli per tenere conto di questo effetto (poli sfalsati del 15% da ciascuna estremità polare). Tuttavia, 0.85 è un fattore di lunghezza più realistico per i magneti Alnico con una geometria che li fa operare sopra il ginocchio nella loro curva del secondo quadrante.
Qual è la relazione tra la dimensione e la forma del custode di un magnete e la forma e la forza del campo?
Ad esempio, per un magnete a "U" appoggiato su un tavolo, il custode dovrebbe essere "profondo" quanto la profondità del magnete (verso il tavolo) e lo spessore del custode dovrebbe essere circa 2/3 della larghezza del polo del magnete. Ciò si basa sul fatto che il valore Br dei migliori materiali magnetici è circa 2/3 del valore Bs del miglior acciaio. Per materiali di qualità inferiore (Br inferiore) lo spessore dell'ancora dovrebbe essere (Br / 18000) x Wp (larghezza del polo del magnete). Per Alnico 2 questo sarebbe 7500/18000 x Wp, o 0.42″ per un Wp di 1.0″.
Qual è la differenza tra un circuito aperto e un circuito chiuso in un'applicazione magnetica?
Un magnete che funziona da solo è indicato come un'applicazione a circuito aperto. Esistono molte applicazioni a circuito aperto, come i magneti permanenti utilizzati per azionare dispositivi ad effetto Hall e interruttori reed. Le misurazioni della bobina di Helmholtz sono test a circuito aperto poiché nessun altro materiale magnetico si trova nel percorso del flusso durante il test. Il coefficiente di permeanza di un magnete a circuito aperto è determinato dalla sola geometria del magnete. Ad esempio, un magnete con una lunghezza pari al suo raggio avrà un PC vicino a 1.0.
Un vero circuito magnetico chiuso avrebbe i poli uniti da un materiale ad alta permeabilità e un rapporto Bd/Hd all'infinito, essendo Hd=0. Questa condizione è approssimata quando viene utilizzato un dispositivo di magnetizzazione in acciaio o quando i magneti vengono testati in un permeametro. Un vero circuito magnetico chiuso ha scarso valore pratico poiché non è disponibile alcun flusso esterno per eseguire una funzione. Tuttavia, molti circuiti magnetici funzionali sono più chiusi che aperti, cioè hanno un valore PC elevato. Una stima del valore PC per un circuito magnetico è la lunghezza magnetica dei magneti nel circuito divisa per la lunghezza del gap di lavoro. Per un motore, questo potrebbe essere un magnete spesso 5" diviso per una lunghezza del gap di 025" per un valore PC stimato di 20.
Qual è la differenza tra la curva intrinseca e la curva normale? Capisco che generalmente usiamo la curva normale quando progettiamo i magneti, quindi quando viene utilizzata la curva intrinseca?
“Intrinseco” è definito come “appartenente alla vera natura di una cosa”. Nel caso di un magnete permanente, intrinseco si riferisce ai suoi parametri magnetici interni, noti come Bd(i) e Hc(i). Poiché è impossibile misurare direttamente i valori interni, li otteniamo dalla loro relazione con i parametri esterni, Bd e Hd. La relazione afferma che Bd(i) = Bd – Hd, quindi la curva intrinseca può essere costruita dalla curva normale. Nel secondo quadrante, dove operano i magneti permanenti, H è negativo, quindi Bd(i) = Bd – (-Hd) = Bd+Hd. Nelle normali condizioni operative, Bd è quindi sempre minore di Bd(i).
In un circuito chiuso, dove H = 0 (nessun gap), Bd = Bd(i) = Br. Tuttavia, ci sarà sempre uno spazio vuoto in un circuito magnetico statico perché sia utile, quindi è sempre presente una forza di autosmagnetizzazione (Hd). La densità di flusso esterno, Bd, indicata come densità di flusso "normale", viene utilizzata per la progettazione del circuito perché rappresenta la quantità di flusso disponibile per il circuito dopo che è stato preso in considerazione il campo di autosmagnetizzazione, Hd.
I valori intrinseci diventano importanti quando si analizza l'effetto dei campi applicati esterni, come in un motore, dove il magnete permanente è soggetto a forti campi di inversione. Le intensità di campo opposte misurate o calcolate vengono tracciate come offset [Ha] rispetto alla linea di carico intrinseca [Bd(i)/Hd] per determinare se è probabile che si verifichi un "knock-down" permanente forzando il magnete sopra il ginocchio nella sua posizione intrinseca curva. Un altro luogo in cui le proprietà intrinseche devono essere considerate è quando si calcola l'effetto della forma del magnete (coefficiente di permeabilità) sull'intensità del campo necessaria per la saturazione del magnete.
Perché le forze di attrazione sono più forti delle forze di repulsione? Le forze magnetiche non dovrebbero essere uguali e opposte?
I magneti in attrazione producono un'intensità di campo crescente nello spazio tra loro mentre si avvicinano, e quindi una forza maggiore. Il motivo è che l'effettivo coefficiente di permeanza del sistema (PC) aumenta man mano che i magneti si avvicinano. Man mano che si avvicinano, più linee di flusso scorrono da un magnete all'altro, piuttosto che prendere un percorso dal polo nord al polo sud dello stesso magnete. Ciò fa sì che si comportino sempre più come un singolo magnete più lungo con una maggiore pendenza della linea di carico, aumentando il valore di Bd e diminuendo Hd per entrambi i magneti. (PC = Bd/Hd)
Poiché le linee di flusso non possono incrociarsi, i campi magnetici in controtendenza dei magneti in repulsione vengono compressi. La densità del flusso nella componente radiale dei campi in controtendenza aumenta di ampiezza man mano che i magneti si avvicinano l'uno all'altro e una parte maggiore del proprio campo esterno (Bd) viene spinto indietro nei magneti stessi, dove diventa parte del campo autosmagnetizzatore (Hd) . Poiché Bd diminuisce mentre Hd aumenta, il valore PC diminuisce man mano che i magneti repellenti si avvicinano e c'è meno campo esterno disponibile per creare una forza repellente. Una disposizione magnetica repellente può applicare campi incrociati intensi dove i domini magnetici hanno la minima resistenza alle influenze esterne, quindi può verificarsi un certo livello di smagnetizzazione, a seconda della geometria del magnete e della coercitività del materiale.