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Diapositivas en las que se resumen las caracteristicas magneticas de los materiales.
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Propiedades magnticas de la
materia
Pastora Vega CruzGrado en Ingeniera Qumica
Universidad de Salamanca
Con objeto de aumentar el flujo magntico muchas piezas de dispositivos
electrotcnicos (motores, transformadores, etc.) se construyen de hierro
o aleaciones de este metal.
En este tema se estudiarn las propiedades del hierro y sustancia
similares (ferromagnticas) sino de la materia en general cuyos
movimientos electrnicos son asimilables a espiras , cada una de las
cuales crea su campo magntico
Motivacin
Anlisis de circuitos I Electrotecnia
Contenidos
Comportamiento magntico de la materia Permeabilidad y susceptibilidad magnticas
Interpretacin del comportamiento magntico de la materia
Excitacin magntica
Ciclo de histresis
Circuito magntico
Prdidas en circuitos magnticos
Todos los materiales presentan propiedades magnticas en mayor
o menor escala cuando estn sometidas a la accin de un campo
magntico.
El estudio experimental de las propiedades magnticas de un
material se lleva a cabo mediante el mtodo conocido con el
nombre anillo de Rowland.
Anillo de Rowland es un solenoide toroidal de espiras muy
prximas en el que prcticamente no existe dispersin de flujo
magntico cuando circula por l una corriente.
Comportamiento magntico de la materia
Un solenoide toroidal presenta la caracterstica de que en campo en su interior es constante. Cuando el medio es el vaco
Cuando el medio es una sustancia cuyo comportamiento magntico queremos estudiar, el campo tiene un valor distinto que en el vaco
pudiendo suceder que:
Sea menor : Sustancia diamagntica
Sea algo mayor: Sustancia paramagntica
Sea mucho mayor: Sustancia ferromagntica
El campo puede expresarse siendo la induccin
magntica producida por el material interior
Se define la permeabilidad relativa de la sustancia respecto al vaco
Se define la susceptibilidad magntica de la sustancia
Se verifica que
Comportamiento magntico de la materia
l
NIB 0=
0 MB B B= +MB
0
r
B
B =
0
M
M
B
B =
1r M
= +
Contenidos
Comportamiento magntico de la materia Permeabilidad y susceptibilidad magnticas
Interpretacin del comportamiento magntico de la materia
Excitacin magntica
Ciclo de histresis
Circuito magntico
Prdidas en circuitos magnticos
Comportamiento magntico de la materia
Todos los materiales presentan propiedades magnticas en mayor o menor escala cuando estn sometidas a la accin de un campo magntico.
Un electrn girando alrededor del ncleo crea un campo magntico perpendicular a su rbita y su spin origina otro campo magntico independiente. Si estos campos se suman en un tomo polielectrnico pueden dar lugar a un momento magntico permanente y comportarse como imanes
Todas las sustancias en presencia de un campo magntico exterior se tienen un cierto comportamiento magntico al experimentar la distorsin del movimiento electrnico consistente en la aparicin de un campo magntico contrario al anterior
Si los tomos de la sustancia tienen un momento magntico permanente , adems del efecto anterior los momentos se alinean con el campo exterior reforzndole (Magnetizacin por alineacin)
Interpretacin.
Clasificacin por su comportamiento magntico
Sustancias diamagnticas: Presentan magnetizacin slo por distorsin del movimiento electrnico. Su permeabilidad relativa es menor que la unidad y la susceptibilidad es negativa e independiente de la temperatura
Sustancias paramagnticas: Presentan magnetizacin por distorsin del movimiento electrnico y por alineacin predominando el ltimo. Su permeabilidad relativa es algo mayor que la unidad y la susceptibilidad es positiva con valor prximo a cero y disminuye con la temperatura.
Sustancias ferromagnticas: Presentan magnetizacin incluso en ausencia de campo exterior. En presencia de ste distorsionan enormemente sus lneas de campo ya que su permeabilidad relativa y susceptibilidad son mucho mayores que la unidad. La susceptibilidad magntica depende de su historial magntico (histresis)
0 0
1 MB B
B B= + 1
r M = +Recordando
Contenidos
Comportamiento magntico de la materia
Permeabilidad y susceptibilidad magnticas
Interpretacin del comportamiento magntico de la materia
Excitacin magntica
Ciclo de histresis
Circuito magntico
Prdidas en circuitos magnticos
Excitacin magntica
En sustancias paramagnticas y ferromagnticas el campo aumenta cuando se introducen en un campo magntico (solenoide toroidal). Como la induccin magntica en el vaco es proporcional a la intensidad, podemos suponer que este aumento se debe a una corrientedenominada amperiana.
Ley de Ampere
En el caso del anillo de Rowland
Siendo el vector magnetizacin o imanacin y la excitacin magntica o intensidadde campo.
En sustancias paramagnticas y diamagnticas: por ser M y H proporcionales
En sustancias ferromagnticas: M y H no son proporcionales y aunque se cumple tambin
la permeabilidad no es constante depende de la curva de imanacin de B y H
0 ( )Mc
Bdl I I= +
0 0 0
( )M M
N I I NI NIB
L L L += = +
0 0B H M = +
M
H
B H=
B H=
Curva de imanacin de una sustancia
Contenidos
Comportamiento magntico de la materia Permeabilidad y susceptibilidad magnticas
Interpretacin del comportamiento magntico de la materia
Excitacin magntica
Ciclo de histresis
Circuito magntico
Prdidas en circuitos magnticos
Ciclo de histresis
Ciclo de histresis:
Se obtiene imantando un material ferromagntico introducido en el
interior de una bobina, aumentando la corriente y representando B en
funcin de H hasta que primero se llega a una saturacin.
En la desimantacin (disminucin de H) queda un magnetismo remanente
que puede anularse invirtiendo el sentido de H hacindola crecer hasta
Hc. Este valor se denomina campo coercitivo o fuerza coercitiva
Si se sigue aumentando H se produce una saturacin.
SI se disminuye H se llega a otro punto de magnetismo remanente (punto
e). Invirtiendo de nuevo el sentido de I (y de H) volvemos a la saturacin
(punto a)
La desimantacin de un material ferromagntico se
consigue invirtiendo la corriente magnetizante un nmero de
veces y disminuyendo su intensidad en cada inversin
Energa perdida por histresis: Cuando se describe un ciclo
de histresis se pierde energa en forma de calor.
Ciclo de histresis
Contenidos
Comportamiento magntico de la materia Permeabilidad y susceptibilidad magnticas
Interpretacin del comportamiento magntico de la materia
Excitacin magntica
Ciclo de histresis
Circuito magntico
Prdidas en circuitos magnticos
Circuitos magnticosLas lneas del campo magntico son cerradas y sugieren una analoga entre las trayectorias cerradas de estas lneas y el recorrido de la corriente elctrica. Por ello, se denomina
Circuito magntico: Camino cerrado de material ferromagntico sobre el que circula un flujo magntico.
Ejemplos de circuitos en serie:Caso a) Anillo de Rowland: es el ms sencilloCaso c). Anillo de hierro y un entrehierro de aire: Aunque hay una pequea dispersin de flujo en el entrehierro pero la mayora se confina de nuevo formando un circuito cerrado
Caso e) Motor. Son cuatro circuitos.Dos de hierro (Rotor y esttor) y dos de entrehierroEjemplo de circuito paralelo/serie :
Caso d) Ncleo de un transformador: A y C se encuentran en paralelo y ambas en serie con B
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Circuitos magnticos
Definicin de magnitudes de circuitos magnticos
Toroide con sustancia ferromagntica
Intensidad de campo magntico (excitacin magntica)
Relacin entre B y H
Flujo magntico
Fuerza magnetomotriz
Reluctancia magntica
l
NIH =
no aparece en su definicin
HB =
S
l
NI
l
NISBS
===
NIFm
=
S
lRm
=
m
m
R
F=
Ley de Hopkinson
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Circuitos magnticos Circuito magntico
Camino cerrado de material ferromagntico sobre el que acta la fuerza magnetomotriz
Fuerza magnetomotriz (Amperios)
Causa imanadora que produce el flujo a travs del circuito magntico
Su equivalente en circuito elctrico la f.e.m
Flujo magntico
Nmero total de lneas de induccin que existen en el circuito magntico
Su equivalente en circuitos elctricos es la Intensidad
Reluctancia magntica (1/Henrios) (H-1)
Mayor o menor oposicin que ofrece el circuito magntico al establecimiento del flujo
Su equivalente en circuito elctrico la resistencia
NIFm
=
S
lRm
=
m
m
R
F=
Circuitos magnticos Electrotecnia 19
Circuitos magnticos
Analoga entre magnitudes elctricas y magnticas
Circuitos magnticos Electrotecnia 20
Circuitos magnticos
Ejemplo
Contenidos
Comportamiento magntico de la materia Permeabilidad y susceptibilidad magnticas
Interpretacin del comportamiento magntico de la materia
Excitacin magntica
Ciclo de histresis
Circuito magntico
Prdidas en circuitos magnticos
Prdidas en circuitos magnticos
Prdidas por histresis
Siempre que una sustancia describa un ciclo de histresis se producen prdidas por calorEstas son debidas al rozamiento interno existente entre los dominios (zonas en las que los momentos magnticos de los tomos tienen la misma orientacin) al cambiar stos de sentidoEl calor por unidad de volumen en cada ciclo es proporcional al rea encerrada en el ciclo de histresis.
Relacin emprica de Steinmentz
W: Calor desprendido por unidad de volumen y por cicloBm: Valor mximo de la induccin que se ha alcanzado
:Coeficiente de Steinmentz (valor entre 1,5 y 2,5)
Prdidas en circuitos magnticos
Prdidas por corrientes de Foucault
Estas prdidas son debidas a las corrientes inducidas sobre elmaterial ferromagntico como consecuencia de estar sometido aun campo magntico variable con el tiempo.
Dependen del valor mximo Bm , frecuencia, as como de las caractersticas del material(conductividad y densidad) y de geometradel material empleado (espesor de la chapa) Chapa de seccin rectangular
Prdidas totales en el el material: Suma de prdidas por histresis y prdidas por efecto Joule debido a las corrientes de Foucault
Son prdidas por efecto Joule
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