Reticencia magnética

La reluctancia magnética , o resistencia magnética , es un concepto utilizado en el análisis de circuitos magnéticos . Se define como la relación entre la fuerza magnetomotriz (mmf) y el flujo magnético . Representa la oposición al flujo magnético y depende de la geometría y composición de un objeto.

La reluctancia magnética en un circuito magnético es análoga a la resistencia eléctrica en un circuito eléctrico en el sentido de que la resistencia es una medida de la oposición a la corriente eléctrica . La definición de reluctancia magnética es análoga a este respecto a la ley de Ohm . Sin embargo, el flujo magnético que pasa a través de una reluctancia no da lugar a disipación de calor como ocurre con la corriente a través de una resistencia. Por lo tanto, la analogía no se puede utilizar para modelar el flujo de energía en sistemas donde la energía cruza entre los dominios magnético y eléctrico. Una analogía alternativa al modelo de reluctancia que representa correctamente los flujos de energía es el modelo girador-condensador .

La reluctancia magnética es una cantidad extensiva escalar . La unidad de reluctancia magnética es el henry inverso , H ⁻¹ .

Historia

El término desgana fue acuñado en mayo de 1888 por Oliver Heaviside . ^[1] La noción de "resistencia magnética" fue mencionada por primera vez por James Joule en 1840. ^[2] La idea de una ley de flujo magnético , similar a la ley de Ohm para circuitos eléctricos cerrados , se atribuye a Henry Augustus Rowland en un artículo de 1873. ^[3] Rowland también es responsable de acuñar el término fuerza magnetomotriz en 1880, ^[4] también acuñado, aparentemente de forma independiente, un poco más tarde, en 1883, por Bosanquet. ^[5]

La desgana suele estar representada con mayúscula cursiva . ${\mathcal {R}}$

Definiciones

Tanto en campos de CA como de CC, la reluctancia es la relación entre la fuerza magnetomotriz (MMF) en un circuito magnético y el flujo magnético en este circuito. En un campo pulsante de CC o CA, la desgana también pulsa (ver fasores ).

La definición se puede expresar de la siguiente manera:

{\mathcal {R}}={\frac {\mathcal {F}}{\Phi }}

${\mathcal {R}}$ ("R") es la reluctancia en amperios-vueltas por weber (unidad que equivale a vueltas por henrio ). " Espiras " se refiere al número de devanados de un conductor eléctrico que comprende un inductor.
${\mathcal {F}}$ ("F") es la fuerza magnetomotriz (MMF) en amperios-vueltas
Φ ("Phi") es el flujo magnético en los webers.

A veces se la conoce como ley de Hopkinson y es análoga a la ley de Ohm: la resistencia se reemplaza por reluctancia, el voltaje por MMF y la corriente por flujo magnético.

La permanencia es lo opuesto a la desgana:

{\mathcal {P}}={\frac {1}{\mathcal {R}}}

Su unidad derivada del SI es el henrio (la misma que la unidad de inductancia , aunque los dos conceptos son distintos).

El flujo magnético siempre forma un circuito cerrado, como lo describen las ecuaciones de Maxwell , pero la trayectoria del circuito depende de la reticencia de los materiales circundantes. Se concentra en torno al camino de menor desgana. El aire y el vacío tienen una alta reluctancia, mientras que los materiales fácilmente magnetizables, como el hierro dulce, tienen una baja reluctancia. La concentración de flujo en materiales de baja reluctancia forma fuertes polos temporales y provoca fuerzas mecánicas que tienden a mover los materiales hacia regiones de mayor flujo, por lo que siempre es una fuerza de atracción (tracción).

La reluctancia de un circuito magnético uniforme se puede calcular como:

{\mathcal {R}}={\frac {l}{\mu _{0}\mu _{r}A}}={\frac {l}{\mu A}}

dónde

l es la longitud del circuito en metros
$\mu _{0}$ es la permeabilidad del vacío, igual a (o, = = ) ${\textstyle 4\pi \times 10^{-7}\mathrm {\frac {H}{m}} }$ ${\textstyle \mathrm {\frac {kg\cdot m}{A^{2}\cdot s^{2}}} }$ ${\textstyle \mathrm {\frac {s\cdot V}{A\cdot m}} }$ ${\textstyle \mathrm {\frac {J}{A^{2}\cdot m}} }$
$\mu _{r}$ es la permeabilidad magnética relativa del material (adimensional)
$\mu$ es la permeabilidad del material ( ) $\mu =\mu _{0}\mu _{r}$
A es el área de la sección transversal del circuito en metros cuadrados.

Aplicaciones

Se pueden crear espacios de aire constantes en el núcleo de ciertos transformadores para reducir los efectos de la saturación . Esto aumenta la desgana del circuito magnético y le permite almacenar más energía antes de la saturación del núcleo. Este efecto también se utiliza en el transformador flyback .
Un retenedor móvil puede crear espacios de aire variables en los núcleos para crear un interruptor de flujo que altera la cantidad de flujo magnético en un circuito magnético sin variar la fuerza magnetomotriz constante en ese circuito.
La variación de reluctancia es el principio detrás del motor de reluctancia (o el generador de reluctancia variable) y el alternador Alexanderson . Otra forma de decir esto es que las fuerzas de reluctancia luchan por lograr un circuito magnético alineado al máximo y una distancia mínima entre espacios de aire.
Los altavoces multimedia ^{[ se necesita aclaración ]} suelen estar protegidos magnéticamente para reducir la interferencia magnética causada a los televisores y otros CRT . El imán del altavoz está cubierto con un material como hierro dulce para minimizar el campo magnético parásito.

La desgana también se puede aplicar a:

Motores de reluctancia
Pastillas de reluctancia variable (magnéticas)
capacitancia magnética
circuito magnético
Renuencia al complejo magnético

Referencias

^ Heaviside O. (1892) Artículos eléctricos, volumen 2 - L.; Nueva York: Macmillan, pág. 166
^ Joule J. (1884) Artículos científicos, vol 1, p.36
^ Rowland, Henry A. (1873). "XIV. Sobre la permeabilidad magnética y el máximo del magnetismo del hierro, acero y níquel". Revista Filosófica . Serie 4. 46 (304): 140-159. doi :10.1080/14786447308640912.
^ Rowland, Henry A, "Sobre las ecuaciones generales de la acción electromagnética, con aplicación a una nueva teoría de las atracciones magnéticas y a la teoría de la rotación magnética del plano de polarización de la luz" (parte 2), American Journal de Matemáticas , vol. 3, núms. 1–2, págs. 89–113, marzo de 1880.
^ Bosanquet, RHM (1883). "XXVIII. Sobre la fuerza magnetomotriz". Revista Filosófica . Serie 5. 15 (93): 205–217. doi :10.1080/14786448308628457.