Otras carreras Campos magnéticos en la materia

[teresarb3]

Hola, si me pudierais echar un mano os lo agradeceria
Se trata de un ejercicio de una anillo de material de alta permeabilidad y tiene un arrollamiento de N vueltas por el que pasa una corrriente constante I. (a>>2ro>>w)

Dudas:
¿Cómo se si hay fuerzas en los extremos del entre hierro (la ranura del anillo)?¿Y si son atractivas o repulsivas?¿Y como le afecta la corriente a la fuerza?
Muchas gracias.
Saludos

[Al2000]

Re: Campos magenticos en la materia

Mi nivel de conocimientos sobre campo magnético en la materia es muy limitado, de manera que toma con pinzas lo que te apunto a continuación

El campo magnético que produce la bobina queda prácticamente confinado al núcleo. Básicamente lo que tienes es un electroimán con el polo norte en la parte superior de la ranura. Habrá un campo magnético en el entrehierro que hace que los extremos se atraigan entre sí, de manera similar a cuando acercas los polos opuestos de dos imanes de barra.

El campo magnético que produce la bobina es proporcional a la intensidad de corriente, de manera que para valores bajos de la corriente puedes esperar que la fuerza de atracción sea proporcional a la intensidad. Si la corriente es elevada entonces se pone el caldo morado, pues puede presentarse saturación del núcleo magnético y que el campo no varíe mucho cuando varíe la intensidad.

Saludos,

$\mathcal A \ell$

[Alriga]

Re: Campos magenticos en la materia

¿Cómo se si hay fuerzas en los extremos del entre hierro (la ranura del anillo)?¿Y si son atractivas o repulsivas?

La fuerza en el entrehierro es atractiva y la explicación fenomenológica es la que te ha dado Al2000:

El campo magnético que produce la bobina queda prácticamente confinado al núcleo. Básicamente lo que tienes es un electroimán con un polo ... en la parte superior de la ranura ...

y el polo opuesto en la parte inferior, por eso siempre se atraen, independientemente del sentido de la corriente continua en la bobina. Si la corriente circula en un sentido el polo norte es el de arriba y el sur el de abajo, si inviertes el sentido de la corriente se intercambian los polos, pero la fuerza es siempre atractiva.

¿Y como le afecta la corriente a la fuerza?

En primera aproximación, la fuerza en el entrehierro es proporcional al cuadrado del módulo de la inducción magnética "B"
Y la inducción magnética "B" es proporcional a la corriente que circula por la bobina, por lo tanto la fuerza es proporcional al cuadrado de la corriente.

$F \sim I^2$

Saludos.

[Julián]

Re: Campos magnéticos en la materia

Debo discrepar de mis compañeros foreros.

Primeramente hay que considerar que existe un circuito magnético formado por 2 materiales, tal que:

$I N = \Phi ({R}_{ferromag} + {R}_{aire})$ donde $R = \frac{l}{{\mu}_{r} A}$ = reluctancia.

Si el material ferromagnético tiene una permeabilidad mucho mayor al aire eso implica que $\Phi {R}_{ferromag} << \Phi {R}_{aire}$ y $I N \approx \Phi {R}_{aire}$. Es decir, si bien el flujo magnético es constante tanto para el material ferromagnético como el entrehierro no así es el campo B, de manera tal que toda la fuerza magnetomotriz se aplica en el entrehierro (eso pasa por ejemplo en el núcleo de ferrita con un gap de aire de una fuente conmutada flayback y contribuye a un delay temporal entre la tensión y corriente del primario con el secundario)

Ahora bien, la fueza es

$\vec{F} = I d \hat{l} \times \vec{B}$. ¿hay alguna corriente en el volumen con densidad de energía magnética (es decir el entrehierro)? Pues no. En cambio si colocamos otro material ferromagnético, el cual posee dominios magnéticos, en la cercanía de dicho sistema este "sentirá" una fuerza magnética. Por lo que el sistema que estamos analizando es un electroimán.

Otro cosa diferente sería si la corriente fuera alterna, caso que implicaría cuestiones de inducción.

[Alriga]

Re: Campos magnéticos en la materia

1. Montamos el dispositivo del dibujo.
2. Sin paso de corriente, (con $I=0$), medimos la longitud del entrehierro $w$ y obtenemos un valor $w_0$
3. Conectamos el circuito eléctrico de forma que pase una corriente $I_1 \neq 0$
4. Medimos nuevamente la longitud del entrehierro, siendo $w_1$ el valor que obtenemos
5. Observamos que $w_1 < w_0$

El resultado del experimento es incuestionable. Y una explicación sencilla para ello es que el entrehierro ha disminuido en longitud debido a la fuerza atractiva que ha aparecido entre la superficie superior y la superficie inferior del núcleo magnético, (separadas ambas por el entrehierro), cuando hemos activado el paso de la corriente eléctrica. (La causa microscópica está en las rotaciones y cambios de tamaño de los dominios magnéticos, pero ese no es el nivel del hilo) Para comprobar que esa fuerza realmente existe, simplemente podemos medirla:

1. Fijamos el núcleo
2. Fijamos un dinamómetro D1 a la parte superior del núcleo cercana al entrehierro
3. Fijamos un dinamómetro D2 a la parte inferior del núcleo cercana al entrehierro
4. Los fijamos de tal manera que, sin paso de corriente por la bobina, cada uno marque por ejemplo $F_0=2 \ mN$
5. Cuando activamos el circuito y se estabiliza el paso de la corriente anotamos el valor de lo que marcan los dinamómetros.
6. Observamos que ambos marcan un valor $F > F_0$

Podemos confeccionar una tabla con varios valores de la fuerza $F$ en función del la corriente $I$. Mientras permanecemos en la zona lineal del material del núcleo magnético, (lejos de la saturación), observamos que:

$F \sim I^2$

Saludos.