Sự khác biệt giữa từ trường H và trường B là gì?

Wikipedia cung cấp một lời giải thích toán học . Tôi có thể lấy cái trực quan không? Tôi muốn, ví dụ, hiểu một biểu dữ liệu ferrite. Chúng thường có đồ thị của H vs B, và định nghĩa về tính thấm phụ thuộc vào việc hiểu mối quan hệ của H và B.

Ngoài ra, tôi tự hỏi: tôi đã có thể tìm hiểu rất nhiều về điện trường trước khi tôi biết "trường" là gì. Tôi đã học về điện áp và định luật Ohm, v.v., mà một nhà vật lý có thể giải thích với một trường, nhưng kỹ sư điện giải thích với các khái niệm đơn giản hơn, như sự khác biệt giữa hai điểm trong một mạch. Có một lời giải thích tương tự, đơn giản hơn về các trường H vs B có liên quan nhiều hơn đến kỹ sư điện và ít hơn đối với nhà vật lý không?

H là lực truyền động trong cuộn dây và là ampe quay trên một mét trong đó phần mét là chiều dài của mạch từ. Trong một máy biến áp, thật dễ dàng để xác định chiều dài này vì 99% từ thông được chứa trong lõi. Một cuộn dây với lõi không khí là khó khăn như bạn có thể tưởng tượng.

Tôi nghĩ B là sản phẩm phụ của H và B được làm cho lớn hơn nhờ tính thấm của lõi.

Trong tĩnh điện, E (cường độ điện trường) tương đương với H (cường độ từ trường) và có phần dễ hình dung hơn. Đơn vị của nó là vôn trên mét và cũng tạo ra một đại lượng khác, mật độ từ thông điện (D) khi được nhân với độ thấm của vật liệu mà nó tồn tại: -

$\dfrac{B}{H} = \mu_0\mu_R$ và

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

Về bảng dữ liệu ferrite, đường cong BH là điểm quan trọng - nó cho bạn biết tính thấm của vật liệu và điều này liên quan trực tiếp đến mức độ tự cảm mà bạn có thể nhận được cho một lượt dây.

Nó cũng sẽ cho biết có thể mất bao nhiêu năng lượng khi đảo ngược từ trường - điều này tất nhiên sẽ luôn xảy ra khi điều khiển bằng ac - không phải tất cả các miền trong ferrite trở lại tạo ra từ tính trung bình bằng 0 khi dòng điện bị loại bỏ và khi đảo ngược hiện tại các miền còn lại cần phải được trung hòa trước khi từ tính cốt lõi trở nên tiêu cực - điều này đòi hỏi một lượng năng lượng nhỏ trên hầu hết các ferrites và dẫn đến mất thời gian trễ.

Các biểu đồ quan trọng khác trong bảng dữ liệu ferrite là tính thấm so với biểu đồ tần số và tính thấm so với nhiệt độ.

Từ kinh nghiệm cá nhân khi thiết kế một vài máy biến áp, tôi thấy chúng quanh co ở chỗ tôi dường như không bao giờ nhớ tự nhiên bất cứ thứ gì ngoài những điều cơ bản mỗi khi tôi bắt đầu một thiết kế mới và điều này thật khó chịu - trong câu trả lời này tôi phải kiểm tra lại mọi thứ trừ đơn vị của H!

Phiên bản ngắn: Cả B và H đều đến từ nam châm hoặc dòng điện.

Một (H) là "vòng xoay ampe" thẳng, (không: Andy đúng: vòng xoay ampe trên mét) còn lại (B) gấp H lần độ thấm của mạch từ. Đối với không khí hoặc chân không, đây là 1 nên B = H. Đối với sắt, B = tính thấm (số lượng lớn) * H.

(EDIT để làm rõ: như Phil nói, B thực sự là H * tính thấm của không gian trống: là 1 tính theo đơn vị CGS và hằng số ( ) tính theo đơn vị SI. Trong cả hai hệ thống, nó được nhân với "độ thấm tương đối" vật liệu từ tính như sắt)$\mu_0$

Đối với một kịch bản phức tạp hơn như động cơ, liên quan đến các mảnh cực sắt, thanh sắt trong rôto và các khe hở không khí, mỗi phần có độ thấm, chiều dài và diện tích riêng, vì vậy, trong khi bạn biết các vòng xoay, hãy tìm ra từ thông trong mỗi diện tích (khoảng cách không khí giữa các cực và rôto chẳng hạn) và do đó mô-men xoắn bạn có thể mong đợi từ động cơ trở thành một quy trình kế toán phức tạp.

Bạn có thể nghĩ rằng tăng tính thấm để tăng từ thông cho cùng một dòng điện là một điều tốt - và bạn đã đúng đến một điểm: mối quan hệ BH là phi tuyến tính (trên một B nhất định, độ thấm giảm (một cách thô lỗ, khi tất cả miền từ đã được căn chỉnh) - đây được gọi là độ bão hòa của lõi từ - hoặc của một thành phần trong mạch từ của máy biến áp hoặc động cơ. Ví dụ: nếu một thành phần bão hòa trước các thành phần khác, hãy tăng diện tích mặt cắt ngang của nó hoặc thay đổi diện tích của nó Trong một số vật liệu, đường cong BH cũng có độ trễ, tức là vật liệu bị từ hóa và lưu trữ trạng thái trước đó: đây là lý do tại sao nó có thể hoạt động như bộ lưu trữ máy tính hoặc băng âm thanh.

Thiết kế mạch từ cũng là một nghệ thuật như thiết kế mạch điện, và thường bị bỏ quên.

Bạn không phải là người đầu tiên bị mê hoặc bởi những giải thích thông thường về B & H khi chúng áp dụng cho các thiết bị điện từ thực tế như lõi cuộn cảm ferrite. Tôi đã vật lộn trong nhiều năm với những giải thích tiêu chuẩn về bản chất của B & H và ứng dụng của chúng trong các thiết bị như vậy. Sự cứu rỗi của tôi đến từ một chương duy nhất trong một cuốn sách bị lãng quên nhiều mà tôi tình cờ gặp trong một cửa hàng sách đã sử dụng khoảng hai mươi năm trước. Tôi tin rằng cuốn sách hiện có sẵn trên mạng ở định dạng pdf. Hãy dùng thử Google Sách. Tên của cuốn sách là "Mạch từ" của V. Karapetoff và được xuất bản vào khoảng năm 1911 - vâng, hơn 110 năm trước! Tuy nhiên, các nguyên tắc từ tính đã được hiểu rõ vào thời điểm đó và thuật ngữ về cơ bản không thay đổi trong các thập kỷ can thiệp.

Nếu bạn đọc Chương 1 rất cẩn thận, bạn sẽ được ban phước với sự hiểu biết rất thực tế về từ trường và tất cả các đặc tính đẹp của nó và thuật ngữ phức tạp của nó vẫn còn được sử dụng phổ biến ngày nay (ví dụ như lực từ, tính thấm, miễn cưỡng, từ thông và mật độ từ thông , v.v.) Các chương còn lại cũng thú vị, nhưng không được trình bày tốt như Chương 1, mà tôi tôn kính như một viên ngọc lấp lánh của giải trình kỹ thuật.

Nó cũng sẽ giúp bạn hiểu nếu bạn xây dựng một vài cuộn dây lõi không khí đơn giản để thử nghiệm như một sự trợ giúp cho việc tiêu hóa các khái niệm cơ bản. Sử dụng một bộ tạo hàm để điều khiển các cuộn dây và một cuộn dây nhỏ hơn để cảm nhận từ trường và hiển thị nó trên một máy hiện sóng. Các cuộn dây dẫn động phải có đường kính khoảng 6-12 inch và cuộn cảm giác có đường kính khoảng 1/2 ". Tần số 1000 Hz là đủ. Nếu bạn thực sự tham vọng, bạn nên xây dựng cuộn dây hình xuyến mà tác giả sử dụng làm chính phương tiện giải thích.

Tôi sẽ kết thúc bằng cách đưa ra lời giải thích tiêu chuẩn về B & H: Mạch điện đơn giản nhất là pin có điện trở được kết nối song song. Luật Ohms chỉ có thể được học từ sự sắp xếp đơn giản của ba yếu tố này - nguồn điện áp, điện trở và dây - cùng với một vôn kế và ampe kế. B & H có thể được học tương tự từ mạch từ đơn giản nhất. Đây là một dây có dòng điện (AC hoặc DC) chạy qua nó.

Từ trường được tạo ra bởi dòng điện bao quanh dây với sự hình thành các đường sức hình trụ. "M" là lực từ động tương tự như điện áp của pin trong ví dụ Định luật Ohms. "B" là cường độ của từ thông kết quả được hình thành xung quanh dây bằng lực từ động M đó, và tương tự như dòng điện "I" trong ví dụ Định luật Ohms. "Điện trở" là tính thấm của không khí xung quanh dây. Không khí xung quanh tạo thành một điện trở từ "tập thể" hoặc "phân tán" các loại xung quanh dây. "Điện trở từ" này quy định tỷ lệ từ thông "B" được tạo ra cho một lực truyền động nhất định (tức là lực từ trường) "M", tỷ lệ thuận với giá trị của dòng điện chạy qua dây, khá giống với Luật Ohms. Thật không may, chúng tôi không thể mua "điện trở từ" trong bất kỳ giá trị nào phù hợp với sở thích của chúng tôi. Cũng không có "Máy đo lực từ" tương đương với vôn kế tiện dụng của chúng tôi có sẵn từ Digikey. Nếu bạn may mắn có "máy đo thông lượng", bạn có thể đo giá trị "B" của các dòng từ thông xung quanh dây. Vì vậy, hãy tưởng tượng bạn sẽ giải mã Luật Ohms từ mạch điện trở pin đơn giản như tôi đã mô tả ở trên, nếu tất cả những gì bạn phải làm việc là một ampe kế và không biết giá trị của điện trở hoặc điện áp của pin. Nó sẽ là một bài tập trí tuệ khá khó hiểu! Đây là gánh nặng thực tế lớn nhất cần vượt qua khi học các mạch từ - đơn giản là chúng ta không có các công cụ đo từ tính cơ bản như chúng ta có cho điện. chúng tôi không thể mua "điện trở từ" trong bất kỳ giá trị nào phù hợp với sở thích của chúng tôi. Cũng không có "Máy đo lực từ" tương đương với vôn kế tiện dụng của chúng tôi có sẵn từ Digikey. Nếu bạn may mắn có "máy đo thông lượng", bạn có thể đo giá trị "B" của các dòng từ thông xung quanh dây. Vì vậy, hãy tưởng tượng bạn sẽ giải mã Luật Ohms từ mạch điện trở pin đơn giản như tôi đã mô tả ở trên, nếu tất cả những gì bạn phải làm việc là một ampe kế và không biết giá trị của điện trở hoặc điện áp của pin. Nó sẽ là một bài tập trí tuệ khá khó hiểu! Đây là gánh nặng thực tế lớn nhất cần vượt qua khi học các mạch từ - đơn giản là chúng ta không có các công cụ đo từ tính cơ bản như chúng ta có cho điện. chúng tôi không thể mua "điện trở từ" trong bất kỳ giá trị nào phù hợp với sở thích của chúng tôi. Cũng không có "Máy đo lực từ" tương đương với vôn kế tiện dụng của chúng tôi có sẵn từ Digikey. Nếu bạn may mắn có "máy đo thông lượng", bạn có thể đo giá trị "B" của các dòng từ thông xung quanh dây. Vì vậy, hãy tưởng tượng bạn sẽ giải mã Luật Ohms từ mạch điện trở pin đơn giản như tôi đã mô tả ở trên, nếu tất cả những gì bạn phải làm việc là một ampe kế và không biết giá trị của điện trở hoặc điện áp của pin. Nó sẽ là một bài tập trí tuệ khá khó hiểu! Đây là gánh nặng thực tế lớn nhất cần vượt qua khi học các mạch từ - đơn giản là chúng ta không có các công cụ đo từ tính cơ bản như chúng ta có cho điện. trong bất kỳ giá trị phù hợp với ưa thích của chúng tôi. Cũng không có "Máy đo lực từ" tương đương với vôn kế tiện dụng của chúng tôi có sẵn từ Digikey. Nếu bạn may mắn có "máy đo thông lượng", bạn có thể đo giá trị "B" của các dòng từ thông xung quanh dây. Vì vậy, hãy tưởng tượng bạn sẽ giải mã Luật Ohms từ mạch điện trở pin đơn giản như tôi đã mô tả ở trên, nếu tất cả những gì bạn phải làm việc là một ampe kế và không biết giá trị của điện trở hoặc điện áp của pin. Nó sẽ là một bài tập trí tuệ khá khó hiểu! Đây là gánh nặng thực tế lớn nhất cần vượt qua khi học các mạch từ - đơn giản là chúng ta không có các công cụ đo từ tính cơ bản như chúng ta có cho điện. trong bất kỳ giá trị phù hợp với ưa thích của chúng tôi. Cũng không có "Máy đo lực từ" tương đương với vôn kế tiện dụng của chúng tôi có sẵn từ Digikey. Nếu bạn may mắn có "máy đo thông lượng", bạn có thể đo giá trị "B" của các dòng từ thông xung quanh dây. Vì vậy, hãy tưởng tượng bạn sẽ giải mã Ohms Law như thế nào từ mạch điện trở pin đơn giản mà tôi đã mô tả ở trên, nếu tất cả những gì bạn phải làm việc là một ampe kế và không biết giá trị của điện trở hoặc điện áp của pin. Nó sẽ là một bài tập trí tuệ khá khó hiểu! Đây là gánh nặng thực tế lớn nhất cần vượt qua khi học mạch từ - đơn giản là chúng ta không có các công cụ đo từ tính cơ bản như chúng ta có cho điện. tương đương với vôn kế tiện dụng của chúng tôi có sẵn từ Digikey. Nếu bạn may mắn có "máy đo thông lượng", bạn có thể đo giá trị "B" của các dòng từ thông xung quanh dây. Vì vậy, hãy tưởng tượng bạn sẽ giải mã Luật Ohms từ mạch điện trở pin đơn giản như tôi đã mô tả ở trên, nếu tất cả những gì bạn phải làm việc là một ampe kế và không biết giá trị của điện trở hoặc điện áp của pin. Nó sẽ là một bài tập trí tuệ khá khó hiểu! Đây là gánh nặng thực tế lớn nhất cần vượt qua khi học các mạch từ - đơn giản là chúng ta không có các công cụ đo từ tính cơ bản như chúng ta có cho điện. tương đương với vôn kế tiện dụng của chúng tôi có sẵn từ Digikey. Nếu bạn may mắn có "máy đo thông lượng", bạn có thể đo giá trị "B" của các dòng từ thông xung quanh dây. Vì vậy, hãy tưởng tượng bạn sẽ giải mã Ohms Law như thế nào từ mạch điện trở pin đơn giản mà tôi đã mô tả ở trên, nếu tất cả những gì bạn phải làm việc là một ampe kế và không biết giá trị của điện trở hoặc điện áp của pin. Nó sẽ là một bài tập trí tuệ khá khó hiểu! Đây là gánh nặng thực tế lớn nhất cần vượt qua khi học mạch từ - đơn giản là chúng ta không có các công cụ đo từ tính cơ bản như chúng ta có cho điện. hãy tưởng tượng bạn sẽ giải mã Định luật Ohms từ mạch điện trở pin đơn giản như tôi đã mô tả ở trên, nếu tất cả những gì bạn phải làm việc là một ampe kế và không biết giá trị của điện trở hoặc điện áp của pin. Nó sẽ là một bài tập trí tuệ khá khó hiểu! Đây là gánh nặng thực tế lớn nhất cần vượt qua khi học mạch từ - đơn giản là chúng ta không có các công cụ đo từ tính cơ bản như chúng ta có cho điện. hãy tưởng tượng bạn sẽ giải mã Định luật Ohms từ mạch điện trở pin đơn giản như tôi đã mô tả ở trên, nếu tất cả những gì bạn phải làm việc là một ampe kế và không biết giá trị của điện trở hoặc điện áp của pin. Nó sẽ là một bài tập trí tuệ khá khó hiểu! Đây là gánh nặng thực tế lớn nhất cần vượt qua khi học mạch từ - đơn giản là chúng ta không có các công cụ đo từ tính cơ bản như chúng ta có cho điện.

Ahhhh, nhưng không ai có thể đặt nó chính xác như Karapetoff tốt bụng - bất kể anh ta là ai và ở đâu bây giờ anh ta nghỉ ngơi!

$B = \mu_c\times H$

$\mu_c$

H là cường độ từ trường và là một đại lượng tuyệt đối.

Theo tôi thấy, H là từ trường gây ra bởi dòng điện trong cuộn dây. Nó giả định không có lõi sắt từ được chèn vào. Nếu chèn lõi sắt từ, từ trường sẽ mạnh hơn trong lõi và do đó cần phải mô tả từ trường ròng đó, biểu thị nó bằng B. Vì cần phải phân biệt giữa chúng, H được gọi là cường độ trường và B được gọi là mật độ từ thông.

Tôi nghĩ rằng, H là một đại lượng tuyệt đối không thay đổi theo vật liệu và không đổi cho cùng một lực dẫn xuất (ví dụ: dây mang hoặc nam châm). Nhưng giá trị của B phụ thuộc vào vật liệu. Giá trị của B phụ thuộc vào lượng từ tính trường của đường, bất kỳ vật liệu nào cũng cho phép đi qua nó. Hiện tại mu_0 là hệ số chuyển đổi liên quan đến tổng từ trường H được áp dụng (là tuyệt đối) với đường trường bất kỳ vật liệu nào cho phép đi qua chúng (thay đổi từ vật liệu này sang vật liệu khác).