Qual é a diferença entre o campo H magnético e o campo B?

A Wikipedia fornece uma explicação matemática . Posso obter o intuitivo? Eu gostaria de, por exemplo, entender uma folha de dados de ferrite. Estes geralmente têm gráficos de H vs B, e a definição de permeabilidade depende da compreensão da relação de H e B.

Além disso, eu me pergunto: fui capaz de aprender muito sobre campos elétricos antes de saber o que eram "campos". Aprendi sobre tensão e a lei de Ohm e assim por diante, que um físico pode explicar com um campo, mas que o engenheiro elétrico explica com conceitos mais simples, como a diferença entre dois pontos em um circuito. Existe uma explicação semelhante e mais simples dos campos H vs B que é mais relevante para o engenheiro elétrico e menos para o físico?

H é a força motriz das bobinas e é ampères por metro, onde a parte do metro é o comprimento do circuito magnético. Em um transformador, é fácil determinar esse comprimento, pois 99% do fluxo está contido no núcleo. Uma bobina com núcleo de ar é difícil, como você pode imaginar.

Penso em B como um subproduto de H e B, aumentado pela permeabilidade do núcleo.

Na eletrostática, E (força do campo elétrico) é equivalente a H (força do campo magnético) e é um pouco mais fácil de visualizar. Suas unidades são volts por metro e também dão origem a outra quantidade, a densidade do fluxo elétrico (D), quando multiplicada pela permissividade do material em que existe:

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

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

Em relação às folhas de dados de ferrite, a curva BH é a mais importante - indica a permeabilidade do material e isso está diretamente relacionado à quantidade de indutância que você pode obter por uma volta de fio.

Também indicará quanta energia pode ser perdida ao reverter o campo magnético - isso sempre acontece quando acionado por corrente alternada - nem todos os domínios na ferrita retornam para produzir uma média de zero magnetismo quando a corrente é removida e ao inverter a corrente. Atualmente, os domínios restantes precisam ser neutralizados antes que o magnetismo do núcleo fique negativo - isso requer uma pequena quantidade de energia na maioria dos ferritos e dá origem ao termo perda de histerese.

Outros gráficos importantes em uma folha de dados de ferrite são o gráfico de permeabilidade versus frequência e permeabilidade versus temperatura.

Por experiência pessoal de ter projetado alguns transformadores, acho-os tortuosos, pois nunca me lembro naturalmente de nada além do básico toda vez que inicio um novo design e isso é irritante - nesta resposta, tive que verificar tudo, exceto o unidades de H!

Versão curta: B e H vêm de ímãs ou de corrente.

Um (H) é "voltas ampères" retas, (não: Andy está correto: voltas ampères por metro) o outro (B) é H vezes a permeabilidade do circuito magnético. Para ar ou vácuo, este é 1, então B = H. Para ferro, B = permeabilidade (grande número) * H.

(EDIT para esclarecer: como Phil diz, B é realmente H * a permeabilidade do espaço livre: que é 1 em unidades CGS e uma constante ( ) em unidades SI. Em qualquer sistema, é multiplicado pela "permeabilidade relativa" de materiais magnéticos como ferro)$\mu_0$

Para um cenário mais complexo como um motor, envolvendo peças de bastão de ferro, barras de ferro em um rotor e folgas de ar, cada seção tem sua própria permeabilidade, comprimento e área; portanto, enquanto você conhece voltas amplas, calcula o fluxo magnético em cada área (a folga de ar entre os pólos e o rotor, por exemplo) e, portanto, o torque que você pode esperar do motor se torna um processo contábil complexo.

Você pode pensar que aumentar a permeabilidade para aumentar o fluxo magnético para a mesma corrente é uma coisa boa - e você deve estar certo até certo ponto: a relação BH é não linear (acima de um certo B, a permeabilidade diminui (de forma grosseira, quando todas as domínios magnéticos já estão alinhados) - isso é conhecido como saturação de um núcleo magnético - ou de um componente no circuito magnético de um transformador ou motor.Por exemplo, se um componente satura antes dos outros, aumente sua área de seção transversal ou altere sua Em alguns materiais, a curva BH também possui histerese, ou seja, o material se magnetiza e armazena o estado anterior: é por isso que pode atuar como armazenamento de computador ou fita de áudio.

Projetar circuitos magnéticos é tão uma arte quanto projetar circuitos elétricos, e muitas vezes negligenciado.

Você não é o primeiro a ficar perplexo com as explicações convencionais da B & H, pois elas se aplicam a dispositivos eletromagnéticos práticos, como núcleos de indutores de ferrita. Eu lutei durante anos com as explicações padrão da natureza da B & H e sua aplicação em tais dispositivos. Minha salvação veio de um único capítulo de um livro amplamente esquecido que encontrei em uma livraria usada há cerca de vinte e poucos anos. Acredito que o livro já está disponível on-line em formato pdf. Experimente o Google Livros. O nome do livro é "The Magnetic Circuit" de V. Karapetoff e foi publicado por volta de 1911 - sim, há mais de 110 anos! No entanto, os princípios magnéticos eram bem compreendidos na época e a terminologia permaneceu essencialmente inalterada nas décadas intermediárias.

Se você ler o Capítulo 1 com muito cuidado, será abençoado com uma compreensão muito prática do campo magnético e de todas as suas belas características e sua terminologia arcana que ainda hoje são de uso comum (por exemplo, força magnetomotiva, permeabilidade, relutância, fluxo versus densidade de fluxo , etc.) Os capítulos restantes também são interessantes, mas não tão bem apresentados quanto o Capítulo 1, que eu reverencio como uma jóia brilhante da exposição de engenharia.

Também ajudará sua compreensão se você construir algumas bobinas simples de núcleo de ar para experimentar, como um auxílio à digestão dos conceitos básicos. Use um gerador de funções para acionar as bobinas e uma bobina menor para detectar o campo magnético e exibi-lo em um osciloscópio. As bobinas acionadas devem ter cerca de 6 a 12 polegadas de diâmetro e a bobina sensorial de cerca de 1/2 "de diâmetro. Uma frequência de 1000 Hz é adequada. Se você é realmente ambicioso, deve construir a bobina toroidal que o autor usa como principal. veículo de explicação.

Termino dando minha explicação padrão de B & H: O circuito elétrico mais simples é uma bateria com um resistor conectado em paralelo. A lei de Ohms pode ser aprendida apenas com este arranjo simples de três elementos - fonte de tensão, resistência e fio - junto com um voltímetro e um amperímetro. B & H pode ser aprendido analogamente com o circuito magnético mais simples. Este é um fio com uma corrente (CA ou CC) fluindo através dele.

O campo magnético produzido pela corrente circunda o fio com uma formação cilíndrica de linhas de fluxo. "M" é a força magnetomotiva análoga à voltagem da bateria no exemplo da Lei de Ohms. "B" é a força do campo de fluxo magnético resultante formado ao redor do fio por essa força magnetomotora M e é análogo à corrente elétrica "I" no exemplo da Lei de Ohms. O "resistor" é a permeabilidade do ar ao redor do fio. O ar circundante forma um resistor magnético "coletivo" ou "distribuído" ao redor do fio. Este "resistor magnético" determina uma razão do fluxo produzido "B" para uma determinada força motriz (isto é, força magnetomotiva) "M", que por sua vez é proporcional ao valor da corrente que flui através do fio, bastante semelhante à lei de Ohms. Infelizmente, não podemos comprar "resistores magnéticos" de qualquer valor que seja adequado à nossa imaginação. Também não existe um "medidor de força magnetomotiva" equivalente ao nosso voltímetro acessível, disponível na Digikey. Se você tiver a sorte de ter um "medidor de fluxo", poderá medir o valor "B" das linhas de fluxo ao redor do fio. Então, imagine como você decifraria a Lei de Ohms a partir do circuito simples de resistor de bateria que descrevi acima, se tudo o que você tivesse que trabalhar fosse um amperímetro e não soubesse o valor do resistor ou a tensão da bateria. Seria um exercício intelectual bastante intrigante! Esse é o maior ônus prático a ser superado ao aprender circuitos magnéticos - simplesmente não temos as ferramentas básicas de medição magnética que possuímos para eletricidade. não podemos comprar "resistores magnéticos" de qualquer valor que seja adequado à nossa imaginação. Também não existe um "medidor de força magnetomotiva" equivalente ao nosso voltímetro acessível, disponível na Digikey. Se você tiver a sorte de ter um "medidor de fluxo", poderá medir o valor "B" das linhas de fluxo ao redor do fio. 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Ahhhh, mas ninguém pode explicar exatamente como o bom e velho Karapetoff - quem ele era e onde quer que esteja agora!

$B = \mu_c\times H$

B é a densidade do fluxo magnético e é exclusivo para o material. Maior significa mais densidade de fluxo magnético sob o mesmo campo magnético.$\mu_c$

H é a força do campo magnético e é uma quantidade absoluta.

A meu ver, H é o campo magnético causado pela corrente na bobina. Assume que nenhum núcleo ferromagnético está inserido. Se inserir um núcleo ferromagnético, o campo magnético fica mais forte no núcleo e, portanto, era necessário descrever esse campo magnético líquido, denotando-o por B. Como havia a necessidade de distinguir entre eles, H era chamado intensidade de campo e B era chamado densidade de fluxo.

Penso que H é uma quantidade absoluta que não varia com o material e permanece constante para a mesma força derivante (por exemplo, fio ou ímã de transporte atual). Mas o valor de B depende do material. O valor de B depende da quantidade magnética Portanto, mu_0 é um fator de conversão que relaciona o campo magnético total aplicado H (que é absoluto) às linhas de campo que qualquer material permite através deles (que varia de material para material).