Lei de Ohm para um circuito magnético

Se não houvesse fluxos magnéticos, é improvável que existisse a engenharia elétrica moderna. A operação de geradores e motores elétricos, eletroímãs e transformadores, instrumentos de medição e sensores Hall é baseada no uso do campo magnético e nas propriedades do fluxo magnético.

Para concentrar e fortalecer o fluxo magnético, eles recorrem ao uso de materiais ferromagnéticos. Os materiais ferromagnéticos são produzidos núcleos magnéticos — corpos com as formas e tamanhos necessários, núcleos para direcionar fluxos magnéticos de um ou outro tamanho na direção necessária. Tais corpos, dentro dos quais passam linhas fechadas de indução magnética, são chamados de circuitos magnéticos.

As propriedades conhecidas do campo magnético permitem calcular os fluxos magnéticos em vários circuitos magnéticos. Mas para o trabalho prático, é muito mais conveniente recorrer a consequências gerais e leis de circuitos magnéticos derivados das leis do campo magnético, em vez de usar essas leis diretamente a cada vez. A aplicação de certas regras a circuitos magnéticos é mais conveniente para resolver problemas práticos típicos.

Por exemplo, considere um circuito magnético simples que consiste em uma culatra não ramificada de seção transversal S, que por sua vez é feita de um material com permeabilidade mu… A culatra tem uma lacuna não magnética da mesma área S, por exemplo, ar, e a permeabilidade magnética na lacuna — mu1 — é diferente da permeabilidade magnética da culatra. Aqui você pode olhar para a linha média de indução e aplicar o teorema da tensão magnética a ela:

Como as linhas de indução magnética são contínuas em todo o circuito, a magnitude do fluxo magnético tanto na culatra quanto na folga é a mesma. Agora usamos as fórmulas para indução magnética B e para o fluxo magnético F para expressar a força H do campo magnético em termos do fluxo magnético F.

O próximo passo é substituir as expressões resultantes na fórmula acima do teorema do fluxo magnético:

Obtivemos uma fórmula muito parecida com a conhecida na engenharia elétrica Lei de Ohm para uma seção de um circuito fechado, e o papel do EMF aqui é desempenhado pela quantidade iN, chamada de força magnetomotriz (ou MDF) por analogia com a força eletromotriz. No sistema SI, a força magnetomotriz é medida em ampères.

A soma no denominador nada mais é do que uma analogia da resistência elétrica total de um circuito elétrico e, para um circuito magnético, é chamada de resistência magnética total. Os termos no denominador são as resistências magnéticas de seções individuais do circuito magnético.

As resistências magnéticas dependem do comprimento do circuito magnético, sua área de seção transversal e a permeabilidade magnética (semelhante à condutividade elétrica para a lei de Ohm usual).Como resultado, você pode escrever a fórmula da lei de Ohm, apenas para um circuito magnético:

Ou seja, a formulação da lei de Ohm em relação a um circuito magnético soa assim: «num circuito magnético sem ramificação, o fluxo magnético é igual ao quociente da divisão de MDS pela resistência magnética total do circuito.»

É óbvio pelas fórmulas que a resistência magnética em NE é medido em weber ampères, e a resistência magnética total de um circuito magnético é numericamente igual à soma das resistências magnéticas das partes desse circuito magnético.

A situação descrita é válida para um circuito magnético não ramificado que inclua qualquer número de partes, desde que o fluxo magnético penetre sucessivamente em todas essas partes. Se os núcleos magnéticos estiverem conectados em série, a resistência magnética total é encontrada adicionando as resistências magnéticas das partes.

Considere agora um experimento que demonstra o efeito da relutância de partes de um circuito na relutância total de um circuito.Um circuito magnético em forma de U é magnetizado pela bobina 1, que é alimentada (corrente alternada) através de um amperímetro e um reostato. Um EMF é induzido no enrolamento secundário 2, e as leituras do voltímetro conectado ao enrolamento, como você sabe, são proporcionais ao fluxo magnético no circuito magnético.

Se agora você mantiver a corrente no enrolamento primário inalterada, regulando-a com um reostato, e ao mesmo tempo pressionar a placa de ferro contra o circuito magnético acima, depois que a resistência magnética total do circuito for bastante reduzida, a leitura do voltímetro aumentará de acordo.

Claro, os termos acima, como "magnetorresistência" e "força magnetomotriz", são conceitos formais, uma vez que nada no fluxo magnético se move, não há partículas em movimento, é apenas uma representação visual (como um modelo de fluxo de fluido) de uma compreensão mais clara das leis...

O significado físico do experimento acima e de outros experimentos semelhantes é entender como a introdução de lacunas não magnéticas e materiais magnéticos no circuito magnético afeta o fluxo magnético no circuito magnético.

Ao introduzir, por exemplo, um ímã em um circuito magnético, adicionamos correntes moleculares adicionais aos corpos já contidos no circuito, que introduzem fluxos magnéticos adicionais. Conceitos formais como «resistência magnética» e «força magnetomotriz» revelam-se muito convenientes na resolução de um problema prático, razão pela qual são utilizados com sucesso na engenharia elétrica.