Ciclo di isteresi: 7 fatti importanti che dovresti sapere

Contenuto:

  • Introduzione
  • Isteresi magnetica
  • Definizione del ciclo di isteresi
  • Significato dell'isteresi
  • Un semplice ciclo di isteresi
  • Ciclo di isteresi con parametri diversi
  • Spiegazione della curva di isteresi
  • Permeabilità dello spazio libero
  • Intensità della magnetizzazione
  • Cos'è l'intensità magnetica?
  • Cos'è la suscettibilità magnetica?
  • La relazione tra B e H
  • Ritentività e coercività nel ciclo di isteresi
  • Magnetismo residuo
  • Forza coercitiva

Ciclo di isteresi

Definizione del ciclo di isteresi

L'isteresi magnetica è un fenomeno comune se un materiale magnetico viene magnetizzato e completa un ciclo completo di magnetizzazione. Quando la densità del flusso magnetico o densità di magnetizzazione (B) viene tracciata rispetto all'intensità magnetica del campo di magnetizzazione (H) per un ciclo completo di magnetizzazione e smagnetizzazione, il loop risultante ottenuto è noto come loop di isteresi. La curva del ciclo di isteresi può essere diversa per forma e dimensione a seconda della natura del materiale.

Significato dell'isteresi

Ha origine dalla parola greca "Hysterein", la parola isteresi è stata derivata che significa in ritardo.

Curva di isteresi

ciclo di isteresi
Ciclo di isteresi che rappresenta un ciclo completo di magnetizzazione e smagnetizzazione

Ciclo di isteresi con parametri diversi

ciclo di isteresi
Ciclo di isteresi con parametri diversi
Immagine di credito: Craxd1Curva BH e loopCC BY-SA 3.0

Spiegazione della curva di isteresi

  • Quando l'intensità del campo magnetizzante (H) viene aumentata, la densità del flusso magnetico del materiale (B) aumenta anche quando sempre più domini sono allineati nella direzione del campo magnetico applicato esternamente. Questa parte è mostrata nella figura sopra come possiamo osservare dal punto di partenza fino al punto “a”.
  • Quando tutti i domini sono allineati a causa dell'aumento del campo esterno, il materiale si satura magneticamente, cioè si verifica il fenomeno della saturazione. Oltre a ciò, se si aumenta l'intensità magnetica (H), la densità di flusso magnetico (B) non cambia, rimane la stessa come si può notare in figura che dopo aver raggiunto il punto “a”, B diventa costante.
  • Ora, se l'intensità magnetica (H) diminuisce, diminuisce anche la densità del flusso magnetico (B), ma resta indietro rispetto all'intensità magnetica (H). Quindi, possiamo notare nella figura che quando l'intensità magnetica (H) diventa zero nel punto "b", la densità del flusso magnetico (B) non si riduce a zero. Il valore della densità del flusso magnetico (B) viene mantenuto dal materiale quando l'intensità magnetica (H) è uguale a "0" viene riconosciuta come "ritenzione".
  • Inoltre, se la direzione del campo magnetico esterno viene invertita e la grandezza dell'intensità magnetica (H) viene aumentata, il materiale inizia a smagnetizzarsi. L'osservazione al punto “c”, la densità del flusso magnetico (B) risulta essere '0'. Questo valore dell'intensità magnetica (H), necessario per ridurre a zero la densità del flusso magnetico (B), è chiamato "coercitività".
  • Ora, man mano che il campo magnetizzante applicato nella direzione inversa aumenta ulteriormente, il materiale diventa nuovamente saturo ma nella direzione opposta come si vede nel diagramma al punto “d”.
  • Quando questo campo di magnetizzazione inversa viene ridotto, la densità del flusso magnetico (B) è nuovamente in ritardo rispetto all'intensità magnetica (H), e al punto "e", l'intensità magnetica (H) diventa zero, ma la densità del flusso magnetico (B) non si riduce a zero .
  • Ancora una volta, quando la direzione del campo magnetico corrente viene invertita e l'intensità magnetica (H) viene nuovamente aumentata da zero, il ciclo si ripete.

L'area racchiusa dal loop rappresenta la perdita di energia durante un ciclo completo di magnetizzazione e smagnetizzazione.

Permeabilità dello spazio libero

La permeabilità dello spazio libero, μo, è un parametro costante rappresentato da un valore esatto di 4π x 10-7 H / m è usato per l'aria. Questa costante μo appare nelle equazioni di Maxwell, che descrivono e mettono in relazione i campi elettrici e magnetici insieme alle proprietà di elettromagnetico radiazione, cioè aiuta a mettere in relazione e definire grandezze come permeabilità, densità di magnetizzazione, intensità magnetica ecc.

L'isteresi magnetica è stata discussa in dettaglio in questo articolo. ma oltre a ciò, abbiamo bisogno di chiarire alcuni concetti relativi alla magnetizzazione come permeabilità, ritenzione nello spazio libero e in diversi mezzi.

Intensità della magnetizzazione

Il materiale magnetico in un campo magnetico genera un momento di dipolo indotto in quel materiale, e questo momento per unità di volume viene riconosciuto come intensità di magnetizzazione (I) o densità di magnetizzazione.

 

Dove   è il momento di dipolo indotto netto. La sua unità è l'Am-1

Cos'è l'intensità magnetica?

Per magnetizzare un materiale magnetico, è necessario applicare un campo magnetico. Il rapporto tra questo campo magnetizzante e la permeabilità dello spazio libero è noto come intensità magnetica H.

 

Dove , il campo magnetico esterno è anche chiamato densità del flusso magnetico.

L'unità di intensità magnetica è Am-1 uguale a quello dell'intensità della magnetizzazione.

Cos'è la suscettibilità magnetica?

Il rapporto tra l'entità dell'intensità della magnetizzazione e quella dell'intensità magnetica è noto come suscettibilità magnetica (). La suscettibilità magnetica può essere spiegata come la facilità con cui un materiale magnetico può essere magnetizzato. Quindi un materiale con un valore di suscettibilità magnetica più alto sarà magnetizzato più facilmente rispetto agli altri con un valore di suscettibilità magnetica inferiore.

  =   dove i simboli hanno i loro significati usuali.

La suscettibilità magnetica è una quantità scalare e senza dimensione, quindi, nessuna unità.

Cos'è la permeabilità magnetica?

La permeabilità magnetica è il rapporto tra il valore del campo magnetico netto all'interno di un materiale e quello del valore dell'intensità magnetica. Qui il campo magnetico netto all'interno del materiale è un'aggiunta vettoriale del campo magnetico applicato e del campo magnetico per la magnetizzazione di quella materia. La permeabilità magnetica può essere semplicemente spiegata come la misura della misura in cui un campo magnetizzante può penetrare (permeare) un dato materiale magnetico.

 =  

La permeabilità magnetica è una quantità scalare e la sua unità è   

Un altro termine associato alla permeabilità magnetica è la permeabilità relativa che può essere definita come il rapporto tra permeabilità di un mezzo e permeabilità dello spazio libero.

La relazione tra B e H

Il campo magnetico totale B, chiamato anche densità di flusso, è il totale delle linee del campo magnetico create all'interno di un'area specificata. È rappresentato dal simbolo B.

Come intensità magnetica H che è direttamente proporzionale al campo magnetico esterno, quindi, si può affermare che la forza del campo magnetico o l'intensità magnetica H possono essere aumentate aumentando l'entità della corrente o il numero di spire della bobina in cui il magnetico il materiale è mantenuto.

Sappiamo che B = μH o B = H

μr non ha un valore costante bensì dipende dall'intensità del campo, quindi per i materiali magnetici, il rapporto tra la densità di flusso o campo magnetico totale e la forza del campo magnetico o l'intensità magnetica nota da B / H.

Quindi otteniamo una curva non lineare quando tracciamo il flusso magnetico (B) e l'intensità magnetica (H) rispettivamente sull'asse X e sull'asse Y. Ma per bobine senza materiale all'interno, cioè il flusso magnetico non è indotto all'interno di alcun materiale ma è indotto nel vuoto o nel caso di qualsiasi nucleo di materiale non magnetico come legno, plastica, ecc.

Curva BH per materiali diversi di 9 materiali ferromagnetici, che mostrano la saturazione. 1. Lamiera d'acciaio, 2. Acciaio al silicio, 3. Acciaio fuso, 4. Acciaio al tungsteno, 5. Acciaio per magneti, 6. Ghisa, 7. Nichel, 8. Cobalto, 9. Magnetite, Image Credit - Charles Proteus Steinmetz, Curve di magnetizzazione, contrassegnato come dominio pubblico, maggiori dettagli su Wikimedia Commons

Possiamo osservare che la densità di flusso per i materiali di cui sopra, cioè ferro e acciaio, diventa costante con quantità crescenti di intensità del campo magnetico e questo è noto come saturazione poiché la densità del flusso magnetico satura per valori più alti di intensità magnetica. Quando l'intensità magnetica è bassa e, quindi, la forza magnetica applicata è bassa, solo pochi atomi nel materiale si allineano. Con l'aumento dell'intensità magnetica, anche il resto è facilmente allineato.

Tuttavia, con l'aumentare di H, poiché sempre più flusso si affolla nella stessa area della sezione trasversale del materiale ferromagnetico, sono disponibili pochissimi atomi all'interno di quel materiale per l'allineamento; quindi se aumentiamo l'H, il flusso magnetico (B) non aumenta ulteriormente e quindi si satura. Come accennato in precedenza, il fenomeno della saturazione è limitato agli elettromagneti con nucleo di ferro.

Ritentività e coercività nel ciclo di isteresi

Ritenzione

La ritenzione di un materiale è una misura della quantità di campo magnetico che rimane nel materiale quando il campo magnetizzante esterno viene rimosso. Può anche essere definita come la capacità di un materiale di trattenere parte del suo magnetismo anche dopo che il processo di magnetizzazione è stato interrotto. A ritenzione dipende dalle caratteristiche dei materiali.

Dopo che un materiale magnetico è stato magnetizzato, alcuni degli elettroni negli atomi rimangono allineati nella direzione della direzione del campo magnetizzante originale e si comportano come minuscoli magneti con i propri momenti di dipolo e non tornano a uno schema completamente casuale come fanno il resto di loro. Per questo motivo, all'interno dei materiali rimane una certa quantità di campo magnetico o magnetismo generale. I materiali ferromagnetici hanno una ritenzione relativamente alta rispetto ad altri materiali magnetizzanti, rendendoli perfetti per la costruzione di magneti permanenti.

Magnetismo residuo

Il magnetismo residuo è la quantità di densità del flusso magnetico che può essere trattenuta da un materiale magnetico e la capacità di trattenerla è nota come ritenzione del materiale.

Forza coercitiva

La forza coercitiva può essere definita come la quantità della forza magnetizzante richiesta per eliminare il magnetismo residuo trattenuto da un materiale.

Nelle sezioni successive, discuteremo i tipi di magneti, magneti permanenti ed elettromagneti in base alla proprietà e alla natura dei materiali.

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