Divulgación Ferritas

[fusion]

La pregunta parece simple pero de verdad que no lo entiendo ¿por que no se usan ferritas en bobinas de motores y alternadores?, se empleariía menos vueltas de cobre para conseguir el mismo campo magnético, dado que el campo es directamente proporcional a la permeabilidad. Imagino es porque se consigue un campo mayor en el interior pero no fuera, pero la verdad no lo se pues no se que ocurre fuera de la ferrita. Tengo hecho un simulador pero no incluye interfaces entre elementos de distinta permeabilidad

[Dramey]

Re: Ferritas

El problema es que las ferritas son muy blandas, y con cualquier campo magnético parásito las desimanas o las pones la polaridad al revés.
No se si esta ferrita es un ejemplo típico
http://www.fair-rite.com/catalog_pag...erial/85ms.gif
Pero en este caso el campo cohercitivo es de 0.5 Oe, que es muy muy muy pequeño

[fusion]

Re: Ferritas

La verdad no lo he entendido bien. A ver si con estas fórmulas se entiende:
$B= \mu_0*\mu_r*\frac{N*I}{h}$
Y la inductancia es:
$L= \mu_0*\mu_r*\frac{N^2*A}{l}$
(A=seccion, l=longitud,h=longitud/N,N=numero de vueltas, I=corriente
Entonces si ponemos una ferrita con una permeabilidad relativa=1000 en el solenoide, la inductancia L es la misma con 1000 veces menos cobre.
Además, en el interior de la ferrita el campo B también es 1000 veces mayor, ¿pero qué pasa al salir de la ferrita? ¿cae el campo 1000 veces al caer la permeabilidad a la del aire?

[Dramey]

Re: Ferritas

Me parece que el que no había entendido soy yo:

¿Exactamente qué función hacen las bobinas dentro de los aparatos que dices?

[polonio]

Re: Ferritas

La verdad no lo he entendido bien. A ver si con estas fórmulas se entiende:
$B= \mu_0*\mu_r*\frac{N*I}{h}$
Y la inductancia es:
$L= \mu_0*\mu_r*\frac{N^2*A}{l}$
(A=seccion, l=longitud,h=longitud/N,N=numero de vueltas, I=corriente
Entonces si ponemos una ferrita con una permeabilidad relativa=1000 en el solenoide, la inductancia L es la misma con 1000 veces menos cobre.
Además, en el interior de la ferrita el campo B también es 1000 veces mayor, ¿pero qué pasa al salir de la ferrita? ¿cae el campo 1000 veces al caer la permeabilidad a la del aire?

Ten en cuenta que el campo magnético no es el mismo dentro que fuera (por la geometría, no sólo por la permeabilidad). Tal como has expresado el campo, usas la ley de Ampère (despreciando, por tanto los efectos de borde): así, el campo fuera es despreciable. Si no usas la ley de Ampère y tienes en cuenta las dimensiones finitas del solenoide deberías calcularlo usando integración directa (Biot-Savart) o, si estamos suficientemente lejos, por fuera el soleniode se aproxima como un dipolo magnético.

Además hay que estudiar (ayuda bastante) qué pasa en la frontera: se deben cumplir las condiciones de contorno: componente normal del campo inducción magnética ($\vec{B}$) continua y el salto tangente del ventor intensidad magnética ($\vec{H}$) igual a la densidad superficial de corriente. Con esto te haces una idea de cómo es el campo cerca del soleniode si sabes el campo or dentro.

[fusion]

Re: Ferritas

Es cierto Polonio, he ignorado el tamaño físico del solenoide, luego encontré la fórmula en internet y es la misma pero multiplicando por (cosA+cosB), siendo A el ángulo desde el punto al extremo superior derecho y B=2pi-ángulo al extremo superior izquierdo. De este modo cuando te alejas del solenoide, B tiende a 1 y A a -1 y se hacen casi 0.
No obstante el problema del salto brusco de permeabilidad sigue ahí.
En su día programé un simulador magnético en tres dimensiones, pero funciona cuando todo está bajo una misma permeabilidad. Me resultó relativamente sencillo, pues troceaba el conductor e iba sumando los trozos de corriente multiplicados por los senos/cosenos del ángulo relativo.

El caso es que si entre un trozo de conductor y mi punto de observación hay un trozo de hierro, no se si se puede sumar igual que si no lo hubiera.

Al final he decidido comprar un sensor hall lineal "radiométrico" para medir el campo. Cuando me terminen el circuito podremos ver cuanto es el campo en función de la distancia. Si mis cálculos son correctos (ignorando el hierro que hay en medio) al acercar el sensor al hierro de la bobina crecerá el campo rápidamente (pero no puedo acercarlo mucho pues el sensor solo mide hasta 100 gauss sin romperse).
Si se ignora el hierro de en medio se entiende perfectamente que no se usen ferritas en los motores, pues fuera de estas el campo es igual.

Si os interesa puedo colgar una foto del setup cuando lo monte

En cuento la integral volumétrica que hay que hacer para hallar H lo dí en su día por imposible cuando traté de añadir al programa el cálculo de la inductancia

[polonio]

Re: Ferritas

No obstante el problema del salto brusco de permeabilidad sigue ahí.

Ya te digo que la componente normal del campo $\vec{B}$ tiene que ser continua (a pesar del cambio de permeabilidad). La componente tangente no, claro, si hay corriente superficial o cambio de permeabilidad (aunque depende la la geometría: dirección de la magnetización, forma del soleniode,...)

Por cierto, el soleniode ¿es toroidal, cilíndrico,...? Ver la forma y las dimensiones ayudaría mucho.

Sería interesante ver el montaje. Estaría bien ver la foto, gracias.

[fusion]

Re: Ferritas

El solenoide es cilíndrico y está enrollado alrededor de un cilindro de acero al carbono de 12mm de diámetro y 100mm de largo. Aquí tengo un plot de la simulación con los gauss pasando 5A medidos a 10mm del hierro en su eje.
Hay un máximo para un diámetro igual a la longitud (curioso).
También hay un % del campo respecto al mismo medido a 0mm de la bobina. Cuando hagael montaje pondré la foto. El circuito es muy sencillo, he usado un sensor hall radiométrico SS94A1F de honeywell con tres patas el - es tierra, el mas se pone desde 6.6 a 16V (yo pongo 8V) y de la de en medio sale 4V+25mV*gauss. Admite un máximo de +100 gauss. Le he añadido un divisor resistivo para medir entre la pata de en medio y 4V para poder emplear escalas más sensibles del multímetro (un keithley2000). Una ventaja del sensor es que funciona hasta 125khz, por lo que podría emplearlo para los experimentos de fusión nuclear

[polonio]

Re: Ferritas

Gracias por los detalles, fusion.

Pues no veo nada curioso lo de la dependencia del diámetro y la longitud.

Ten en cuenta que para diámetros pequeños en relación con la longitud es cuando se desprecian los efectos de borde y, por tanto, se desprecia el campo externo al cilindro (es cuando se una la ley de Ampère integral).

Si el diámetro empieza a ser considerable en relación a la longitud, tenemos un campo con una buena componente radial fuera del soleniode.

Si es de gran diámetro en comparación con la altura, el campo se "enrrosca" alrededor del solenoide cerca de él,...

En fin, es cuestión de estudiar esta geometría; a ver si te saco (o encuentro) un gráfico de las líneas de campo.