Loop de histerese: 7 fatos importantes que você deve saber

Conteúdo:

  • Introdução
  • Histerese Magnética
  • Definição de loop de histerese
  • Significado de histerese
  • Um loop de histerese simples
  • Loop de histerese com parâmetros diferentes
  • Explicação da curva de histerese
  • Permeabilidade do espaço livre
  • Intensidade de magnetização
  • O que é intensidade magnética?
  • O que é susceptibilidade magnética?
  • A relação entre B e H
  • Retentividade e coercividade no ciclo de histerese
  • Magnetismo Residual
  • força coerciva

Ciclo de histerese

Definição de loop de histerese

A histerese magnética é um fenômeno comum se um material magnético é magnetizado e completa um ciclo completo de magnetização. Quando a densidade do fluxo magnético ou densidade de magnetização (B) é traçada contra a intensidade magnética do campo de magnetização (H) para um ciclo completo de magnetização e desmagnetização, então o loop resultante obtido é conhecido como loop de histerese. A curva do loop de histerese pode ser diferente em forma e tamanho dependendo da natureza do material.

Significado de histerese

Isso é originado da palavra grega “Hysterein”, a palavra histerese foi derivada que significa ficar para trás.

Curva de histerese

ciclo de histerese
Loop de histerese representando um ciclo completo de magnetização e desmagnetização

Loop de histerese com parâmetros diferentes

ciclo de histerese
Loop de histerese com parâmetros diferentes
Crédito de imagem: Craxd1Curva BH e LoopCC BY-SA 3.0

Explicação da curva de histerese

  • Quando a intensidade do campo de magnetização (H) é aumentada, a densidade do fluxo magnético do material (B) também aumenta à medida que mais e mais domínios são alinhados na direção do campo magnético aplicado externamente. Esta parte é mostrada na figura acima como podemos observar desde o ponto inicial até o ponto “a”.
  • Quando todos os domínios estão alinhados devido ao aumento do campo externo, o material fica magneticamente saturado, ou seja, ocorre o fenômeno da saturação. Além disso, se a intensidade magnética (H) é aumentada, a densidade do fluxo magnético (B) não muda, ela permanece a mesma como podemos notar na figura que após atingir o ponto “a” B torna-se constante.
  • Agora, se a intensidade magnética (H) diminui, a densidade do fluxo magnético (B) também diminui, mas fica atrás da intensidade magnética (H). Assim, podemos notar na figura que quando a intensidade magnética (H) torna-se zero no ponto “b”, a densidade do fluxo magnético (B) não se reduz a zero. O valor da densidade do fluxo magnético (B) é retido pelo material quando a intensidade magnética (H) é igual a '0' é reconhecida como 'retentividade'.
  • Além disso, se a direção do campo magnético externo for invertida e a magnitude da intensidade magnética (H) for aumentada, o material começa a se desmagnetizar. A observação no ponto “c”, a densidade do fluxo magnético (B) acabou sendo '0'. Este valor de intensidade magnética (H) que é necessário para reduzir a densidade do fluxo magnético (B) a zero é chamado de 'coercividade'.
  • Agora, à medida que o campo de magnetização aplicado na direção reversa aumenta ainda mais, o material novamente se torna saturado, mas na direção oposta, como visto no diagrama no ponto “d”.
  • Quando este campo de magnetização reversa é reduzido, a densidade do fluxo magnético (B) novamente fica atrás da intensidade magnética (H), e no ponto "e", a intensidade magnética (H) torna-se zero, mas a densidade do fluxo magnético (B) não se reduz a zero .
  • Novamente, quando a direção do campo magnético atual é invertida e a intensidade magnética (H) é novamente aumentada de zero, o ciclo se repete.

A área delimitada pelo loop representa a perda de energia durante um ciclo completo de magnetização e desmagnetização.

Permeabilidade do espaço livre

A permeabilidade do espaço livre, μo, é um parâmetro constante representado por um valor exato de 4π x 10-7 H / m é usado para o ar. Esta constante μo aparece nas equações de Maxwell, que descrevem e relacionam os campos elétrico e magnético juntamente com as propriedades de eletromagnético radiação, ou seja, ajuda a relacionar e definir grandezas como permeabilidade, densidade de magnetização, intensidade magnética etc.

A histerese magnética foi discutida em detalhes neste artigo. mas, além disso, precisamos esclarecer alguns conceitos relacionados à magnetização, como permeabilidade, retentividade no espaço livre e em diferentes meios.

Intensidade de magnetização

O material magnético em um campo magnético gera um momento de dipolo induzido naquele material, e este momento por unidade de volume é reconhecido como intensidade de magnetização (I) ou densidade de magnetização.

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Onde image011  é o momento de dipolo induzido líquido. Sua Unidade é Am-1

O que é intensidade magnética?

Para magnetizar um material magnético, um campo magnético deve ser aplicado. A relação entre este campo magnetizante e a permeabilidade do espaço livre é conhecida como intensidade magnética H.

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Onde image019, o campo magnético externo também é chamado de densidade de fluxo magnético.

A unidade de intensidade magnética é Am-1 mesmo que a intensidade da magnetização.

O que é susceptibilidade magnética?

A razão entre a magnitude da intensidade de magnetização e a intensidade magnética é conhecida como susceptibilidade magnética (image023) A susceptibilidade magnética pode ser explicada como a facilidade com que um material magnético pode ser magnetizado. Conseqüentemente, um material com maior valor de susceptibilidade magnética será mais facilmente magnetizado em comparação com os outros com menor valor de susceptibilidade magnética.

 image023 = image026   onde os símbolos têm seus significados usuais.

A susceptibilidade magnética é uma quantidade escalar e sem dimensão, portanto, sem unidade.

O que é permeabilidade magnética?

A permeabilidade magnética é a razão entre o valor do campo magnético líquido dentro de um material e o valor da intensidade magnética. Aqui, o campo magnético líquido dentro do material é uma adição vetorial do campo magnético aplicado e do campo magnético para a magnetização dessa matéria. A permeabilidade magnética pode ser explicada simplesmente como a medida da extensão em que um campo magnetizante pode penetrar (permear) um determinado material magnético.

image028 =  image029

A permeabilidade magnética é uma quantidade escalar, e sua unidade é   image033

Outro termo associado à permeabilidade magnética é a permeabilidade relativa, que pode ser definida como a razão da permeabilidade de um meio em relação à permeabilidade do espaço livre.

image034

A relação entre B e H

O campo magnético total B, também chamado de densidade de fluxo, é o total de linhas de campo magnético criadas dentro de uma área especificada. É representado pelo símbolo B.

Como intensidade magnética H, que é diretamente proporcional ao campo magnético externo, portanto, pode-se afirmar que a intensidade do campo magnético ou intensidade magnética H pode ser aumentada aumentando a magnitude da corrente ou o número de voltas da bobina em que o o material é mantido.

Sabemos que B = μH ou B = image036H

μr não tem um valor constante, mas depende da intensidade do campo, portanto, para materiais magnéticos, a relação entre a densidade do fluxo ou o campo magnético total e a intensidade do campo magnético ou a intensidade magnética conhecida por B / H.

Portanto, obtemos uma curva não linear quando representamos o fluxo magnético (B) e a intensidade magnética (H) nos eixos X e Y, respectivamente. Mas para bobinas sem material dentro, ou seja, o fluxo magnético não é induzido dentro de nenhum material, mas é induzido no vácuo ou no caso de qualquer núcleo de material não magnético, como madeiras, plásticos, etc.

Curvas de magnetização
Curva BH para diferentes materiais de 9 materiais ferromagnéticos, mostrando saturação. 1. Folha de aço, 2. Aço silício, 3. Aço fundido, 4. Aço tungstênio, 5. Aço magnético, 6. Ferro fundido, 7. Níquel, 8. Cobalto, 9. Magnetita, Crédito de imagem - Charles Proteus Steinmetz, Curvas de magnetização, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

Podemos observar que a densidade do fluxo para os materiais acima, ou seja, ferro e aço, torna-se constante com o aumento da intensidade do campo magnético e isso é conhecido como saturação, pois a densidade do fluxo magnético satura para valores maiores de intensidade magnética. Quando a intensidade magnética é baixa e, portanto, a força magnética aplicada é baixa, apenas alguns átomos no material ficam alinhados. Com o aumento da intensidade magnética, o resto também é facilmente alinhado.

No entanto, com o aumento de H, à medida que mais e mais fluxo se aglomera na mesma área da seção transversal do material ferromagnético, muito poucos átomos estão disponíveis dentro desse material para serem alinhados; portanto, se aumentarmos H, o fluxo magnético (B) não aumenta mais e, portanto, fica saturado. Como mencionado anteriormente, o fenômeno de saturação é limitado a eletroímãs com núcleo de ferro.

Retentividade e coercividade no ciclo de histerese

Retentividade

A retenção de um material é uma medida da quantidade de campo magnético remanescente no material quando o campo magnetizador externo é removido. Também pode ser definido como a capacidade de um material de reter parte de seu magnetismo, mesmo após o processo de magnetização ter sido interrompido. Retentivamente depende das características dos materiais.

Depois que um material magnético é magnetizado, alguns dos elétrons nos átomos permanecem alinhados na direção da direção do campo magnetizante original e se comportam como pequenos ímãs com seus próprios momentos de dipolo e não retornam a um padrão completamente aleatório como o resto deles. Por causa disso, alguma quantidade de campo magnético ou magnetismo geral é deixada dentro dos materiais. Os materiais ferromagnéticos têm retentividade comparativamente alta em comparação com outros materiais de magnetização, tornando-os perfeitos para a construção de ímãs permanentes.

Magnetismo Residual

O magnetismo residual é a quantidade de densidade de fluxo magnético que pode ser retida por um material magnético, e a capacidade de retê-la é conhecida como Retentividade do material.

força coerciva

A força coercitiva pode ser definida como a quantidade de força de magnetização necessária para eliminar o magnetismo residual retido por um material.

Nas próximas seções, discutiremos os tipos de ímãs, ímãs permanentes e eletroímãs com base na propriedade e natureza dos materiais.

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