Riluttanza magnetica
La riluttanza magnetica, o resistenza magnetica, è una misura usata nell'analisi dei circuiti magnetici. È come la resistenza in un circuito elettrico, ma piuttosto che dissipare energia magnetica, immagazzina energia magnetica. Come un campo elettrico fa sì che una corrente elettrica segua il percorso di minor resistenza, un campo magnetico fa sì che il flusso magnetico segua il percorso di minor riluttanza magnetica. È una quantità scalare, estesa, come la resistenza elettrica.
La riluttanza è di solito rappresentata da una R maiuscola arricciata.
Storia
Il termine fu coniato nel maggio 1888 da Oliver Heaviside. La nozione di "resistenza magnetica" fu menzionata per la prima volta da James Joule e il termine "forza magnetomotrice" (MMF) fu nominato per la prima volta da Bosanquet. L'idea di una legge del flussomagnetico, simile alla legge di Ohm per i circuiti elettrici chiusi, è attribuita a H. Rowland.
Definizione
La riluttanza totale è uguale al rapporto tra la "forza magnetomotrice" (MMF) in un circuito magnetico passivo e il flusso magnetico in questo circuito. In un campo AC, la riluttanza è il rapporto tra i valori di ampiezza di una MMF sinusoidale e il flusso magnetico. (vedi fasori)
La definizione può essere espressa come:
R = F Φ {\displaystyle {\mathcal {R}}={frac {mathcal {F}}{\Phi }} 
dove
R {\displaystyle {\mathcal {R}}} 
("R") è la riluttanza in ampere-giri per weber (un'unità che è equivalente a giri per henry). "Giri" si riferisce al numero di avvolgimenti di un conduttore elettrico che comprende un induttore.
F {displaystyle {\mathcal {F}}} 
("F") è la forza magnetomotrice (MMF) in ampere-giri
Φ ("Phi") è il flusso magnetico in webers.
A volte è conosciuta come legge di Hopkinson ed è analoga alla legge di Ohm con la resistenza sostituita dalla riluttanza, la tensione dalla MMF e la corrente dal flusso magnetico.
Il flusso magnetico forma sempre un ciclo chiuso, come descritto dalle equazioni di Maxwell, ma il percorso del ciclo dipende dalla riluttanza dei materiali circostanti. Si concentra intorno al percorso di minore riluttanza. L'aria e il vuoto hanno un'alta riluttanza. I materiali facilmente magnetizzabili come il ferro dolce hanno bassa riluttanza. La concentrazione del flusso nei materiali a bassa riluttanza forma forti poli temporanei e provoca forze meccaniche che tendono a spostare i materiali verso regioni a più alto flusso, quindi è sempre una forza attrattiva (attrazione).
La riluttanza di un circuito magnetico uniforme può essere calcolata come:
R = l μ 0 μ r A {displaystyle {\mathcal {R}}={frac {l}{\mu _{0}\mu _{r}A}} 
o
R = l μ A {displaystyle {\mathcal {R}}={frac {l}{\mu A}} 
dove
l è la lunghezza del circuito in metri
μ 0 {displaystyle \mu _{0}}
è la permeabilità dello spazio libero, pari a 4 π × 10 - 7 {displaystyle 4\pi \times 10^{-7} 
henry per metro
μ r {displaystyle \mu _{r}
è la permeabilità magnetica relativa del materiale (adimensionale)
μ 
è la permeabilità del materiale ( μ = μ 0 μ r {\displaystyle \mu =\mu _{0}\mu _{r}}
)
A è la sezione trasversale del circuito in metri quadrati
L'inverso della riluttanza si chiama permeanza.
P = 1 R {displaystyle {mathcal {P}}={frac {1}{mathcal {R}}}} 
La sua unità derivata dal SI è l'henry (la stessa dell'unità di induttanza, anche se i due concetti sono distinti).
Applicazioni
- Si possono creare dei vuoti d'aria nei nuclei di alcuni trasformatori per ridurre gli effetti della saturazione. Questo aumenta la riluttanza del circuito magnetico e gli permette di immagazzinare più energia prima della saturazione del nucleo. Questo effetto è utilizzato anche nel trasformatore flyback.
- La variazione della riluttanza è il principio alla base del motore a riluttanza (o del generatore a riluttanza variabile) e dell'alternatore Alexanderson. In altre parole, le forze di riluttanza cercano il circuito magnetico più allineato e una piccola distanza del traferro.
- Gli altoparlanti multimediali sono tipicamente schermati magneticamente, al fine di ridurre l'interferenza magnetica che fanno su televisori e altri CRT. Il magnete dell'altoparlante è coperto da un materiale come il ferro dolce per minimizzare il campo magnetico vagante.
La riluttanza può anche essere applicata a:
- Motori a riluttanza
- Pickup a riluttanza variabile (magnetico)
Pagine correlate
- Riluttanza complessa dielettrica
- Capacità magnetica
- Capacità magnetica
- Circuito magnetico
- Riluttanza complessa magnetica
- Motore a riluttanza
