Jaka jest różnica między polem magnetycznym H a polem B?

Wikipedia zawiera wyjaśnienia matematyczne . Czy mogę uzyskać intuicyjny? Chciałbym na przykład zrozumieć ferrytowy arkusz danych. Zazwyczaj mają one wykresy H względem B, a definicja przepuszczalności zależy od zrozumienia związku H i B.

Zastanawiam się również: byłem w stanie dowiedzieć się wiele o polach elektrycznych, zanim wiedziałem, czym są „pola”. Dowiedziałem się o napięciu i prawie Ohma i tak dalej, co fizyk mógłby wyjaśnić za pomocą pola, ale co inżynier elektryk wyjaśnia prostszymi pojęciami, takimi jak różnica między dwoma punktami w obwodzie. Czy istnieje podobne, prostsze wyjaśnienie pól H vs B, które ma większe znaczenie dla inżyniera elektryka, a mniej dla fizyka?

H jest siłą napędową cewek i jest amperowym zwojem na metr, gdzie część miernika jest długością obwodu magnetycznego. W transformatorze łatwo jest określić tę długość, ponieważ 99% strumienia znajduje się w rdzeniu. Cewka z rdzeniem powietrznym jest trudna, jak można sobie wyobrazić.

Uważam B za produkt uboczny H, a B jest powiększany przez przepuszczalność rdzenia.

W elektrostatyce E (natężenie pola elektrycznego) jest równoważne H (natężenie pola magnetycznego) i jest nieco łatwiejsze do zwizualizowania. Jego jednostkami są wolty na metr, a także daje kolejną wielkość, gęstość strumienia elektrycznego (D) pomnożoną przez przenikalność materiału, w którym on występuje:

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

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

Jeśli chodzi o arkusze danych ferrytu, ważna jest krzywa BH - mówi ona o przepuszczalności materiału, a to bezpośrednio odnosi się do tego, ile indukcyjności można uzyskać dla jednego zwoju drutu.

Wskazuje również, ile energii można by stracić podczas odwracania pola magnetycznego - to oczywiście zawsze będzie się działo, gdy napędzany jest prądem przemiennym - nie wszystkie domeny w ferrycie powracają, aby wytworzyć średnią zerową magnetyzm po usunięciu prądu i podczas odwrócenia obecnie pozostałe domeny muszą zostać zneutralizowane, zanim magnetyzm rdzenia stanie się ujemny - wymaga to niewielkiej ilości energii w przypadku większości ferrytów i powoduje powstanie terminu utraty histerezy.

Inne ważne wykresy w karcie ferrytowej to wykres przepuszczalności w funkcji częstotliwości oraz przepuszczalność w zależności od temperatury.

Z własnego doświadczenia, że ​​zaprojektowałem kilka transformatorów, uważam je za kłopotliwe, ponieważ nigdy nie wydaje mi się, że naturalnie pamiętam coś innego niż podstawy za każdym razem, gdy zaczynam nowy projekt i to jest denerwujące - w tej odpowiedzi musiałem dwukrotnie sprawdzić wszystko oprócz jednostki H!

Wersja krótka: Zarówno B, jak i H pochodzą z magnesów lub prądu.

Jeden (H) to proste „zwoje amperowe”, (nie: Andy ma rację: zwoje amperowe na metr), a drugi (B) to H razy przepuszczalność obwodu magnetycznego. W przypadku powietrza lub próżni jest to 1, więc B = H. Dla żelaza B = przepuszczalność (duża liczba) * H.

$\mu_0$

W przypadku bardziej złożonego scenariusza, takiego jak silnik, z udziałem kawałków żelaznych prętów, żelaznych prętów w wirniku i szczelin powietrznych, każda sekcja ma własną przepuszczalność, długość i powierzchnię, więc chociaż znasz zwoje amperowe, ustalając strumień magnetyczny w każdym obszar (na przykład szczelina powietrzna między biegunami a wirnikiem), a zatem moment obrotowy, którego można oczekiwać od silnika, staje się złożonym procesem rozliczania.

Możesz pomyśleć, że zwiększenie przepuszczalności w celu zwiększenia strumienia magnetycznego dla tego samego prądu jest dobrą rzeczą - i miałbyś rację do pewnego momentu: stosunek BH jest nieliniowy (powyżej pewnego B, przepuszczalność maleje (nieuprzejmie, gdy wszystkie domeny magnetyczne są już wyrównane) - jest to znane jako nasycenie rdzenia magnetycznego - lub jednego elementu w obwodzie magnetycznym transformatora lub silnika. Na przykład, jeśli jeden element nasyca się przed drugim, zwiększ jego pole przekroju lub zmień jego W niektórych materiałach krzywa BH ma również histerezę, tzn. materiał zostaje namagnesowany i przechowuje poprzedni stan: dlatego może działać jako pamięć komputera lub taśma audio.

Projektowanie obwodów magnetycznych jest sztuką, podobnie jak projektowanie obwodów elektrycznych, i zbyt często zaniedbywane.

Nie jesteś pierwszym, który jest zdezorientowany konwencjonalnymi objaśnieniami B&R, ponieważ dotyczą one praktycznych urządzeń elektromagnetycznych, takich jak rdzenie cewki ferrytowej. Przez lata zmagałem się ze standardowymi wyjaśnieniami dotyczącymi natury B & H i ich zastosowania w takich urządzeniach. Moje zbawienie pochodziło z jednego rozdziału w zasadniczo zapomnianej książce, z którą spotkałem się w używanej księgarni jakieś dwadzieścia kilka lat temu. Uważam, że książka jest teraz dostępna online w formacie pdf. Wypróbuj Google Books. Książka nazywa się „The Magnetic Circuit” V. Karapetoffa i została wydana około 1911 roku - tak, ponad 110 lat temu! Niemniej jednak zasady magnetyczne były wówczas dobrze rozumiane, a terminologia zasadniczo nie uległa zmianie w ciągu kolejnych dziesięcioleci.

Jeśli bardzo uważnie przeczytasz rozdział 1, zostaniesz pobłogosławiony bardzo praktycznym zrozumieniem pola magnetycznego i wszystkich jego pięknych cech oraz jego tajemnej terminologii, która jest nadal w powszechnym użyciu (np. Siła magnetomotoryczna, przenikalność, reluktancja, strumień względem gęstości strumienia , itp.) Pozostałe rozdziały są również interesujące, ale nie tak dobrze przedstawione, jak rozdział 1, który szanuję jako iskrzący klejnot ekspozycji inżynierskiej.

Pomoże Ci to również zrozumieć, jeśli zbudujesz kilka prostych cewek powietrznych do eksperymentowania jako pomoc w trawieniu podstawowych pojęć. Użyj generatora funkcji do napędzania cewek i mniejszej cewki do wykrywania pola magnetycznego i wyświetlania go na oscyloskopie. Cewki napędzane powinny mieć średnicę około 6-12 cali, a cewka czujnikowa średnicę około 1/2 ". Częstotliwość 1000 Hz jest wystarczająca. Jeśli jesteś naprawdę ambitny, powinieneś zbudować cewkę toroidalną, którą autor używa jako swojej głównej pojazd wyjaśnienia.

Na koniec przedstawię moje standardowe wyjaśnienie B & H: Najprostszym obwodem elektrycznym jest bateria z równolegle połączonym rezystorem. Prawa omowego można nauczyć się wyłącznie z tego prostego układu trzech elementów - źródła napięcia, rezystancji i drutu - wraz z woltomierzem i amperomierzem. B & H można analogicznie nauczyć z najprostszego obwodu magnetycznego. Jest to drut, przez który przepływa prąd (AC lub DC).

Pole magnetyczne wytwarzane przez prąd otacza drut z cylindrycznym uformowaniem linii strumienia. „M” jest siłą magnetomotoryczną analogiczną do napięcia akumulatora w przykładzie z prawem Ohma. „B” jest siłą wynikowego pola strumienia magnetycznego utworzonego wokół drutu przez tę siłę magnetomotoryczną M i jest analogiczne do prądu elektrycznego „I” w przykładzie z prawem Ohma. „Rezystor” to przepuszczalność powietrza otaczającego drut. Otaczające powietrze tworzy swego rodzaju „zbiorczy” lub „rozproszony” opornik magnetyczny wokół drutu. Ten „rezystor magnetyczny” określa stosunek wytwarzanego strumienia „B” dla danej siły napędowej (tj. Siły elektromotorycznej) „M”, która z kolei jest proporcjonalna do wartości prądu przepływającego przez drut, całkiem podobne do prawa Ohma. Niestety nie możemy kupić „rezystorów magnetycznych” w żadnej wartości, która odpowiada naszym upodobaniom. Nie ma też „miernika siły magnetomotorycznej” równoważnego z naszym poręcznym woltomierzem dostępnym w firmie Digikey. Jeśli masz szczęście, że masz „miernik strumienia”, możesz zmierzyć wartość „B” linii strumienia otaczających drut. Wyobraźcie sobie więc, jak odszyfrowalibyście prawo Ohma z prostego obwodu opornika baterii, który opisałem powyżej, gdyby wszystko, co musieliście pracować, to amperomierz i nie znali wartości rezystora ani napięcia baterii. Byłoby to dość zagadkowe ćwiczenie intelektualne! Jest to największe praktyczne obciążenie, które należy pokonać, ucząc się obwodów magnetycznych - po prostu nie mamy podstawowych narzędzi do pomiaru magnetycznego, jak w przypadku prądu elektrycznego. nie możemy kupić „rezystorów magnetycznych” w żadnej wartości, która odpowiada naszej wyobraźni. Nie ma też „miernika siły magnetomotorycznej” równoważnego z naszym poręcznym woltomierzem dostępnym w firmie Digikey. Jeśli masz szczęście, że masz „miernik strumienia”, możesz zmierzyć wartość „B” linii strumienia otaczających drut. Wyobraźcie sobie więc, jak odszyfrowalibyście prawo Ohma od prostego obwodu rezystora baterii, który opisałem powyżej, gdyby wszystko, co musieliście pracować, to amperomierz i nie znali wartości rezystora ani napięcia baterii. Byłoby to dość zagadkowe ćwiczenie intelektualne! Jest to największe praktyczne obciążenie, które należy pokonać, ucząc się obwodów magnetycznych - po prostu nie mamy podstawowych narzędzi do pomiaru magnetycznego, jak w przypadku prądu elektrycznego. nie możemy kupić „rezystorów magnetycznych” w żadnej wartości, która odpowiada naszej wyobraźni. Nie ma też „miernika siły magnetomotorycznej” równoważnego z naszym poręcznym woltomierzem dostępnym w firmie Digikey. Jeśli masz szczęście, że masz „miernik strumienia”, możesz zmierzyć wartość „B” linii strumienia otaczających drut. Wyobraźcie sobie więc, jak odszyfrowalibyście prawo Ohma od prostego obwodu rezystora baterii, który opisałem powyżej, gdyby wszystko, co musieliście pracować, to amperomierz i nie znali wartości rezystora ani napięcia baterii. Byłoby to dość zagadkowe ćwiczenie intelektualne! Jest to największe praktyczne obciążenie, które należy pokonać, ucząc się obwodów magnetycznych - po prostu nie mamy podstawowych narzędzi do pomiaru magnetycznego, jak w przypadku prądu elektrycznego. w dowolnej wartości, która odpowiada naszej fantazji. Nie ma też „miernika siły magnetomotorycznej” równoważnego z naszym poręcznym woltomierzem dostępnym w firmie Digikey. Jeśli masz szczęście, że masz „miernik strumienia”, możesz zmierzyć wartość „B” linii strumienia otaczających drut. Wyobraźcie sobie więc, jak odszyfrowalibyście prawo Ohma od prostego obwodu rezystora baterii, który opisałem powyżej, gdyby wszystko, co musieliście pracować, to amperomierz i nie znali wartości rezystora ani napięcia baterii. Byłoby to dość zagadkowe ćwiczenie intelektualne! Jest to największe praktyczne obciążenie, które należy pokonać, ucząc się obwodów magnetycznych - po prostu nie mamy podstawowych narzędzi do pomiaru magnetycznego, jak w przypadku prądu elektrycznego. w dowolnej wartości, która odpowiada naszej fantazji. Nie ma też „miernika siły magnetomotorycznej” równoważnego z naszym poręcznym woltomierzem dostępnym w firmie Digikey. Jeśli masz szczęście, że masz „miernik strumienia”, możesz zmierzyć wartość „B” linii strumienia otaczających drut. Wyobraźcie sobie więc, jak odszyfrowalibyście prawo Ohma od prostego obwodu rezystora baterii, który opisałem powyżej, gdyby wszystko, co musieliście pracować, to amperomierz i nie znali wartości rezystora ani napięcia baterii. Byłoby to dość zagadkowe ćwiczenie intelektualne! Jest to największe praktyczne obciążenie, które należy pokonać, ucząc się obwodów magnetycznych - po prostu nie mamy podstawowych narzędzi do pomiaru magnetycznego, jak w przypadku prądu elektrycznego. odpowiednik naszego poręcznego woltomierza dostępnego w firmie Digikey. Jeśli masz szczęście, że masz „miernik strumienia”, możesz zmierzyć wartość „B” linii strumienia otaczających drut. Wyobraźcie sobie więc, jak odszyfrowalibyście prawo Ohma od prostego obwodu rezystora baterii, który opisałem powyżej, gdyby wszystko, co musieliście pracować, to amperomierz i nie znali wartości rezystora ani napięcia baterii. Byłoby to dość zagadkowe ćwiczenie intelektualne! Jest to największe praktyczne obciążenie, które należy pokonać, ucząc się obwodów magnetycznych - po prostu nie mamy podstawowych narzędzi do pomiaru magnetycznego, jak w przypadku prądu elektrycznego. odpowiednik naszego poręcznego woltomierza dostępnego w firmie Digikey. Jeśli masz szczęście, że masz „miernik strumienia”, możesz zmierzyć wartość „B” linii strumienia otaczających drut. Wyobraźcie sobie więc, jak odszyfrowalibyście prawo Ohma z prostego obwodu opornika baterii, który opisałem powyżej, gdyby wszystko, co musieliście pracować, to amperomierz i nie znali wartości rezystora ani napięcia baterii. Byłoby to dość zagadkowe ćwiczenie intelektualne! Jest to największe praktyczne obciążenie, które należy pokonać, ucząc się obwodów magnetycznych - po prostu nie mamy podstawowych narzędzi do pomiaru magnetycznego, jak w przypadku prądu elektrycznego. wyobraźcie sobie, jak odszyfrowalibyście prawo Ohma z prostego obwodu opornika baterii, który opisałem powyżej, gdyby wszystko, co musieliście pracować, to amperomierz i nie znali wartości rezystora ani napięcia baterii. Byłoby to dość zagadkowe ćwiczenie intelektualne! Jest to największe praktyczne obciążenie, które należy pokonać, ucząc się obwodów magnetycznych - po prostu nie mamy podstawowych narzędzi do pomiaru magnetycznego, jak w przypadku prądu elektrycznego. wyobraźcie sobie, jak odszyfrowalibyście prawo Ohma z prostego obwodu opornika baterii, który opisałem powyżej, gdyby wszystko, co musieliście pracować, to amperomierz i nie znali wartości rezystora ani napięcia baterii. Byłoby to dość zagadkowe ćwiczenie intelektualne! Jest to największe praktyczne obciążenie, które należy pokonać, ucząc się obwodów magnetycznych - po prostu nie mamy podstawowych narzędzi do pomiaru magnetycznego, jak w przypadku prądu elektrycznego.

Ahhhh, ale nikt nie może tak dokładnie ułożyć jak stary dobry Karapetoff - kimkolwiek był i gdziekolwiek teraz spoczywa!

$B = \mu_c\times H$

$\mu_c$

H jest natężeniem pola magnetycznego i jest wielkością bezwzględną.

Widzę, że H jest polem magnetycznym wywołanym przez prąd w cewce. Zakłada się, że rdzeń ferromagnetyczny nie jest włożony. Jeśli wstawiając rdzeń ferromagnetyczny, pole magnetyczne staje się silniejsze w rdzeniu, dlatego też trzeba było opisać to pole magnetyczne netto, oznaczając je przez B. Ponieważ konieczne było rozróżnienie między nimi, H nazwano natężeniem pola, a B nazwano gęstość strumienia.

Myślę, że H jest wielkością absolutną, która nie zmienia się w zależności od materiału i pozostaje stała dla tej samej siły wyprowadzania (np. Bieżącego drutu lub magnesu). Ale wartość B zależy od materiału. Wartość B zależy od tego, ile magnetyczne pole linii, dowolny materiał pozwala mu przejść. Stąd mu_0 jest współczynnikiem konwersji, który odnosi całkowite zastosowane pole magnetyczne H (które jest absolutne) do linii pola, przez które przepuszcza dowolny materiał (który różni się w zależności od materiału).