¿Cuál es la diferencia entre el campo magnético H y el campo B?

Wikipedia proporciona una explicación matemática . ¿Puedo obtener el intuitivo? Me gustaría, por ejemplo, entender una hoja de datos de ferrita. Estos generalmente tienen gráficos de H vs B, y la definición de permeabilidad depende de la comprensión de la relación de H y B.

Además, me pregunto: pude aprender mucho sobre los campos eléctricos antes de saber qué eran los "campos". Aprendí sobre el voltaje y la ley de Ohm, etc., que un físico podría explicar con un campo, pero que el ingeniero eléctrico explica con conceptos más simples, como la diferencia entre dos puntos en un circuito. ¿Existe una explicación más simple y similar de los campos H vs B que sea más relevante para el ingeniero eléctrico y menos para el físico?

H es la fuerza impulsora en las bobinas y es amperios por metro, donde la parte del medidor es la longitud del circuito magnético. En un transformador es fácil determinar esta longitud porque el 99% del flujo está contenido en el núcleo. Una bobina con núcleo de aire es difícil, como te puedes imaginar.

Pienso en B como un subproducto de H y B se hace más grande por la permeabilidad del núcleo.

En electrostática, E (intensidad de campo eléctrico) es el equivalente de H (intensidad de campo magnético) y es algo más fácil de visualizar. Sus unidades son voltios por metro y también dan lugar a otra cantidad, la densidad de flujo eléctrico (D) cuando se multiplica por la permitividad del material en el que existe:

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

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

Con respecto a las hojas de datos de ferrita, la curva BH es la importante: le indica la permeabilidad del material y esto se relaciona directamente con la inductancia que puede obtener por una vuelta de alambre.

También indicará cuánta energía podría perderse al invertir el campo magnético, esto por supuesto siempre sucederá cuando se acciona con CA, no todos los dominios en la ferrita regresan para producir un promedio de magnetismo cero cuando se elimina la corriente y cuando se invierte actual, los dominios restantes deben neutralizarse antes de que el magnetismo central se vuelva negativo; esto requiere una pequeña cantidad de energía en la mayoría de las ferritas y da lugar al término pérdida de histéresis.

Otros gráficos importantes en una hoja de datos de ferrita son el gráfico de permeabilidad versus frecuencia y la permeabilidad versus temperatura.

Por experiencia personal de haber diseñado algunos transformadores, los encuentro tortuosos en el sentido de que parece que nunca recuerdo naturalmente nada más que lo básico cada vez que comienzo un nuevo diseño y esto es molesto: en esta respuesta tuve que verificar todo excepto unidades de H!

Versión corta: tanto B como H provienen de imanes o corriente.

Uno (H) es "vueltas de amperios" rectas, (no: Andy es correcto: vueltas de amperios por metro) el otro (B) es H multiplicado por la permeabilidad del circuito magnético. Para aire o vacío, esto es 1, entonces B = H. Para hierro, B = permeabilidad (gran número) * H.

(EDITAR para aclarar: como dice Phil, B es en realidad H * la permeabilidad del espacio libre: que es 1 en unidades CGS y una constante ( ) en unidades SI. En cualquier sistema se multiplica por la "permeabilidad relativa" de materiales magnéticos como el hierro)$\mu_0$

Para un escenario más complejo como un motor, que involucra piezas de poste de hierro, barras de hierro en un rotor y espacios de aire, cada sección tiene su propia permeabilidad, longitud y área, por lo que, si bien conoce ampere-vueltas, calcula el flujo magnético en cada área (el espacio de aire entre los polos y el rotor, por ejemplo) y, por lo tanto, el par que puede esperar del motor se convierte en un proceso de contabilidad complejo.

Podría pensar que aumentar la permeabilidad para aumentar el flujo magnético para la misma corriente es algo bueno, y estaría en lo cierto: la relación BH no es lineal (por encima de una cierta B, la permeabilidad disminuye (en general, cuando todo el dominios magnéticos ya están alineados) - esto se conoce como saturación de un núcleo magnético - o de un componente en el circuito magnético de un transformador o motor. Por ejemplo, si un componente se satura antes que los demás, aumente su área de sección transversal o cambie su En algunos materiales, la curva BH también tiene histéresis, es decir, el material se magnetiza y almacena el estado anterior: es por eso que puede actuar como almacenamiento de computadora o cinta de audio.

Diseñar circuitos magnéticos es tanto un arte como diseñar circuitos eléctricos, y con demasiada frecuencia se descuidan.

Usted no es el primero en ser confundido por las explicaciones convencionales de B & H, ya que se aplican a dispositivos electromagnéticos prácticos, como los núcleos inductores de ferrita. Luché durante años con las explicaciones estándar de la naturaleza de B & H y su aplicación en tales dispositivos. Mi salvación vino de un solo capítulo en un libro en gran parte olvidado que encontré en una librería usada hace unos veinte años. Creo que el libro ahora está disponible en línea en formato pdf. Prueba Google Books. El nombre del libro es "El circuito magnético" de V. Karapetoff y fue publicado alrededor de 1911, ¡sí, hace más de 110 años! No obstante, los principios magnéticos se entendieron bien en ese momento y la terminología ha permanecido esencialmente sin cambios en las décadas intermedias.

Si lees el Capítulo 1 con mucho cuidado, serás bendecido con una comprensión muy práctica del campo magnético y de todas sus hermosas características y su terminología arcana que todavía es de uso común en la actualidad (por ejemplo, fuerza magnetomotriz, permeabilidad, reticencia, densidad de flujo vs densidad de flujo , etc.) Los capítulos restantes también son interesantes, pero no tan bien presentados como el Capítulo 1, que admiro como una joya brillante de exposición de ingeniería.

También ayudará a su comprensión si construye algunas bobinas simples con núcleo de aire para experimentar como una ayuda para la digestión de los conceptos básicos. Use un generador de funciones para controlar las bobinas y una bobina más pequeña para detectar el campo magnético y mostrarlo en un osciloscopio. Las bobinas accionadas deben tener aproximadamente 6-12 pulgadas de diámetro y la bobina de detección de aproximadamente 1/2 "de diámetro. Una frecuencia de 1000 Hz es adecuada. Si usted es realmente ambicioso, debe construir la bobina toroidal que el autor utiliza como su principal Vehículo de explicación.

Terminaré dando mi explicación estándar de B & H: el circuito eléctrico más simple es una batería con una resistencia conectada en paralelo. La Ley de Ohm se puede aprender únicamente de esta simple disposición de tres elementos: fuente de voltaje, resistencia y cable, junto con un voltímetro y un amperímetro. B & H se puede aprender de manera análoga del circuito magnético más simple. Este es un cable con una corriente (CA o CC) que fluye a través de él.

El campo magnético producido por la corriente rodea el cable con una formación cilíndrica de líneas de flujo. "M" es la fuerza magnetomotriz análoga al voltaje de la batería en el ejemplo de la Ley de Ohmios. "B" es la fuerza del campo de flujo magnético resultante formado alrededor del cable por esa fuerza magnetomotriz M, y es análogo a la corriente eléctrica "I" en el ejemplo de la Ley de Ohmios. La "resistencia" es la permeabilidad del aire que rodea el cable. El aire circundante forma una resistencia magnética "colectiva" o "distribuida" alrededor del cable. Esta "resistencia magnética" dicta una relación de flujo producido "B" para una fuerza motriz dada (es decir, fuerza magnetomotriz) "M", que a su vez es proporcional al valor de la corriente que fluye a través del cable, bastante similar a la Ley de Ohmios. Desafortunadamente, no podemos comprar "resistencias magnéticas" en ningún valor que se adapte a nuestro gusto. Tampoco hay un "Medidor de fuerza magnetomotriz" equivalente a nuestro práctico voltímetro disponible de Digikey. Si tiene la suerte de tener un "medidor de flujo", puede medir el valor "B" de las líneas de flujo que rodean el cable. Entonces, imagine cómo descifraría la Ley de Ohm del circuito simple de resistencia de batería que describí anteriormente, si todo lo que tuviera que trabajar fuera un amperímetro y no supiera el valor de la resistencia o el voltaje de la batería. ¡Sería un ejercicio intelectual bastante desconcertante! Esta es la mayor carga práctica que se debe superar al aprender los circuitos magnéticos: simplemente no tenemos las herramientas básicas de medición magnética como las que tenemos para la electricidad. no podemos comprar "resistencias magnéticas" en ningún valor que se adapte a nuestro gusto. Tampoco hay un "Medidor de fuerza magnetomotriz" equivalente a nuestro práctico voltímetro disponible de Digikey. Si tiene la suerte de tener un "medidor de flujo", puede medir el valor "B" de las líneas de flujo que rodean el cable. Entonces, imagine cómo descifraría la Ley de Ohm del circuito simple de resistencia de batería que describí anteriormente, si todo lo que tuviera que trabajar fuera un amperímetro y no supiera el valor de la resistencia o el voltaje de la batería. ¡Sería un ejercicio intelectual bastante desconcertante! Esta es la mayor carga práctica que se debe superar al aprender los circuitos magnéticos: simplemente no tenemos las herramientas básicas de medición magnética como las que tenemos para la electricidad. no podemos comprar "resistencias magnéticas" en ningún valor que se adapte a nuestro gusto. Tampoco hay un "Medidor de fuerza magnetomotriz" equivalente a nuestro práctico voltímetro disponible de Digikey. Si tiene la suerte de tener un "medidor de flujo", puede medir el valor "B" de las líneas de flujo que rodean el cable. Entonces, imagine cómo descifraría la Ley de Ohm del circuito simple de resistencia de batería que describí anteriormente, si todo lo que tuviera que trabajar fuera un amperímetro y no supiera el valor de la resistencia o el voltaje de la batería. ¡Sería un ejercicio intelectual bastante desconcertante! Esta es la mayor carga práctica que se debe superar al aprender los circuitos magnéticos: simplemente no tenemos las herramientas básicas de medición magnética como las que tenemos para la electricidad. en cualquier valor que se adapte a nuestra imaginación. Tampoco hay un "Medidor de fuerza magnetomotriz" equivalente a nuestro práctico voltímetro disponible de Digikey. Si tiene la suerte de tener un "medidor de flujo", puede medir el valor "B" de las líneas de flujo que rodean el cable. Entonces, imagine cómo descifraría la Ley de Ohm del circuito simple de resistencia de batería que describí anteriormente, si todo lo que tuviera que trabajar fuera un amperímetro y no supiera el valor de la resistencia o el voltaje de la batería. ¡Sería un ejercicio intelectual bastante desconcertante! Esta es la mayor carga práctica que se debe superar al aprender los circuitos magnéticos: simplemente no tenemos las herramientas básicas de medición magnética como las que tenemos para la electricidad. en cualquier valor que se adapte a nuestra imaginación. Tampoco hay un "Medidor de fuerza magnetomotriz" equivalente a nuestro práctico voltímetro disponible de Digikey. Si tiene la suerte de tener un "medidor de flujo", puede medir el valor "B" de las líneas de flujo que rodean el cable. 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Esta es la mayor carga práctica que se debe superar al aprender los circuitos magnéticos: simplemente no tenemos las herramientas básicas de medición magnética como las que tenemos para la electricidad.

Ahhhh, pero nadie puede exponerlo exactamente como el viejo Karapetoff, ¡quienquiera que haya sido y donde quiera que ahora descanse!

$B = \mu_c\times H$

$\mu_c$

H es la intensidad del campo magnético y es una cantidad absoluta.

A mi entender, H es el campo magnético causado por la corriente en la bobina. Se supone que no se inserta ningún núcleo ferromagnético. Si se inserta un núcleo ferromagnético, el campo magnético se fortalece en el núcleo y, por lo tanto, era necesario describir ese campo magnético neto, denotándolo por B. Dado que era necesario distinguir entre ellos, H se llamaba intensidad de campo y B se llamaba Densidad de flujo.

Creo que H es una cantidad absoluta que no varía con el material y permanece constante para la misma fuerza de derivación (p. Ej., Alambre o imán portador actual). Pero el valor de B depende del material. El valor de B depende de cuánto magnetismo campo de líneas, cualquier material permite pasar a través de él. Por lo tanto, mu_0 es un factor de conversión que relaciona el campo magnético total aplicado H (que es absoluto) con las líneas de campo que cualquier material permite a través de ellas (que varía de un material a otro).