Quelle est la différence entre le champ magnétique H et le champ B?

Wikipedia fournit une explication mathématique . Puis-je obtenir l'intuitif? J'aimerais, par exemple, comprendre une fiche technique en ferrite. Ceux-ci ont généralement des graphiques de H vs B, et la définition de la perméabilité dépend de la compréhension de la relation entre H et B.

De plus, je me demande: j'ai pu en apprendre beaucoup sur les champs électriques avant de savoir ce qu'étaient les "champs". J'ai appris la tension et la loi d'Ohm et ainsi de suite, qu'un physicien pourrait expliquer avec un champ, mais que l'ingénieur électricien explique avec des concepts plus simples, comme la différence entre deux points dans un circuit. Y a-t-il une explication similaire et plus simple des champs H vs B qui est plus pertinente pour l'ingénieur électricien et moins pour le physicien?

H est la force motrice dans les bobines et est le nombre de tours d'ampère par mètre où la partie du mètre est la longueur du circuit magnétique. Dans un transformateur, il est facile de déterminer cette longueur car 99% du flux est contenu dans le noyau. Une bobine avec un noyau d'air est difficile comme vous pouvez l'imaginer.

Je pense que B comme un sous-produit de H et B est rendu plus grand par la perméabilité du noyau.

En électrostatique, E (intensité du champ électrique) est l'équivalent de H (intensité du champ magnétique) et il est un peu plus facile à visualiser. Ses unités sont des volts par mètre et donnent également naissance à une autre quantité, la densité de flux électrique (D) lorsqu'elle est multipliée par la permittivité du matériau dans lequel elle existe: -

et$\dfrac{B}{H} = \mu_0\mu_R$

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

En ce qui concerne les fiches techniques de ferrite, la courbe BH est la plus importante - elle vous indique la perméabilité du matériau et cela est directement lié à la quantité d'inductance que vous pouvez obtenir pour un tour de fil.

Il indiquera également la quantité d'énergie qui pourrait être perdue lors de l'inversion du champ magnétique - cela se produira bien sûr toujours lorsqu'il est alimenté en courant alternatif - tous les domaines de la ferrite ne reviennent pas pour produire une moyenne de magnétisme nul lorsque le courant est supprimé et lors de l'inversion du Actuellement, les domaines restants doivent être neutralisés avant que le magnétisme du noyau ne devienne négatif - cela nécessite une petite quantité d'énergie sur la plupart des ferrites et donne naissance au terme perte d'hystérésis.

D'autres graphiques importants dans une fiche technique de ferrite sont le graphique de perméabilité en fonction de la fréquence et de perméabilité en fonction de la température.

Par expérience personnelle d'avoir conçu quelques transformateurs, je les trouve tortueux en ce sens que je ne me souviens jamais naturellement d'autre chose que des bases chaque fois que je commence un nouveau design et c'est ennuyeux - dans cette réponse, j'ai dû tout vérifier, sauf le unités de H!

Version courte: B et H proviennent d'aimants ou de courant.

L'un (H) est un "ampère tours" droit (non: Andy a raison: ampères-tours par mètre) l'autre (B) est H fois la perméabilité du circuit magnétique. Pour l'air ou le vide, c'est 1 donc B = H. Pour le fer, B = perméabilité (grand nombre) * H.

$\mu_0$

Pour un scénario plus complexe comme un moteur, impliquant des pièces polaires en fer, des barres de fer dans un rotor et des entrefers, chaque section a sa propre perméabilité, sa longueur et sa surface, donc pendant que vous connaissez les ampères-tours, déterminer le flux magnétique dans chaque (l'entrefer entre les pôles et le rotor par exemple) et donc le couple que vous pouvez attendre du moteur devient un processus comptable complexe.

Vous pourriez penser que l'augmentation de la perméabilité pour augmenter le flux magnétique pour le même courant est une bonne chose - et vous seriez jusqu'à un certain point: la relation BH est non linéaire (au-dessus d'un certain B, la perméabilité diminue (grossièrement, lorsque tous les les domaines magnétiques sont déjà alignés) - c'est ce que l'on appelle la saturation d'un noyau magnétique - ou d'un composant dans le circuit magnétique d'un transformateur ou d'un moteur. Par exemple, si un composant sature avant les autres, augmentez sa section ou changez sa Dans certains matériaux, la courbe BH présente également une hystérésis, c'est-à-dire que le matériau devient magnétisé et stocke l'état précédent: c'est pourquoi il peut servir de stockage informatique ou de bande audio.

La conception de circuits magnétiques est autant un art que la conception de circuits électriques, et trop souvent négligée.

Vous n'êtes pas le premier à être dérouté par les explications conventionnelles de B & H car elles s'appliquent aux appareils électromagnétiques pratiques tels que les noyaux d'inductance en ferrite. J'ai eu du mal pendant des années avec les explications standard de la nature de B & H et leur application dans de tels appareils. Mon salut est venu d'un seul chapitre d'un livre en grande partie oublié que j'ai découvert dans une librairie d'occasion il y a une vingtaine d'années. Je crois que le livre est maintenant disponible en ligne au format pdf. Essayez Google Livres. Le nom du livre est "Le circuit magnétique" de V. Karapetoff et a été publié vers 1911 - oui, il y a plus de 110 ans! Néanmoins, les principes magnétiques étaient bien compris à l'époque et la terminologie est restée essentiellement inchangée au cours des décennies qui ont suivi.

Si vous lisez très attentivement le chapitre 1, vous aurez une compréhension très pratique du champ magnétique et de toutes ses belles caractéristiques et de sa terminologie arcanique qui est encore couramment utilisée aujourd'hui (par exemple, force magnétomotrice, perméance, réluctance, flux vs densité de flux , etc.) Les chapitres restants sont également intéressants, mais pas aussi bien présentés que le chapitre 1, que je révère comme un joyau étincelant d'exposition d'ingénierie.

Cela vous aidera également à comprendre si vous construisez quelques simples bobines à noyau d'air à expérimenter pour aider à la digestion des concepts de base. Utilisez un générateur de fonctions pour piloter les bobines et une bobine plus petite pour détecter le champ magnétique et l'afficher sur un oscilloscope. Les bobines entraînées doivent avoir environ 6 à 12 pouces de diamètre et la bobine de détection environ 1/2 "de diamètre. Une fréquence de 1000 Hz est suffisante. Si vous êtes vraiment ambitieux, vous devez construire la bobine toroïdale que l'auteur utilise comme son principal véhicule d'explication.

Je terminerai en donnant mon explication standard de B & H: Le circuit électrique le plus simple est une batterie avec une résistance connectée en parallèle. La loi d'Ohm peut être apprise uniquement à partir de cet arrangement simple de trois éléments - source de tension, résistance et fil - avec un voltmètre et un ampèremètre. B & H peut être appris de manière analogue à partir du circuit magnétique le plus simple. Il s'agit d'un fil avec un courant (AC ou DC) qui le traverse.

Le champ magnétique produit par le courant entoure le fil avec une formation cylindrique de lignes de flux. "M" est la force magnétomotrice analogue à la tension de la batterie dans l'exemple de la loi d'Ohm. "B" est la force du champ de flux magnétique résultant formé autour du fil par cette force magnétomotrice M, et est analogue au courant électrique "I" dans l'exemple de la loi d'Ohm. La "résistance" est la perméabilité de l'air entourant le fil. L'air environnant forme une sorte de résistance magnétique "collective" ou "distribuée" autour du fil. Cette "résistance magnétique" dicte un rapport du flux produit "B" pour une force motrice donnée (c'est-à-dire une force magnétomotrice) "M", qui est à son tour proportionnelle à la valeur du courant circulant dans le fil, assez similaire à Ohms Law. Malheureusement, nous ne pouvons pas acheter de "résistances magnétiques" d'une valeur qui convienne à notre fantaisie. Il n'y a pas non plus de "Magnetomotive Force Meter" équivalent à notre voltmètre pratique disponible chez Digikey. Si vous avez la chance d'avoir un "fluxmètre", vous pouvez mesurer la valeur "B" des lignes de flux entourant le fil. Alors, imaginez comment vous déchiffreriez la loi d'Ohm du simple circuit de résistance de batterie que j'ai décrit ci-dessus, si vous n'aviez à travailler qu'avec un ampèremètre et que vous ne connaissiez pas la valeur de la résistance ou la tension de la batterie. Ce serait un exercice intellectuel assez déroutant! C'est le plus grand fardeau pratique à surmonter lors de l'apprentissage des circuits magnétiques - nous n'avons tout simplement pas les outils de mesure magnétique de base comme nous l'avons pour l'électricité. nous ne pouvons pas acheter de "résistances magnétiques" d'une valeur qui convienne à notre fantaisie. Il n'y a pas non plus de "Magnetomotive Force Meter" équivalent à notre voltmètre pratique disponible chez Digikey. 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Ahhhh, mais personne ne peut l'exposer exactement comme le bon vieux Karapetoff - qui qu'il soit et où qu'il repose maintenant!

$B = \mu_c\times H$

$\mu_c$

H est la force du champ magnétique et est une quantité absolue.

Comme je le vois, H est le champ magnétique provoqué par le courant dans la bobine. Il suppose qu'aucun noyau ferromagnétique n'est inséré. Si l'on insère un noyau ferromagnétique, le champ magnétique s'intensifie dans le noyau et il était donc nécessaire de décrire ce champ magnétique net, en le désignant par B. Puisqu'il fallait les distinguer, H était appelé intensité du champ et B était appelé densité de flux.

Je pense que H est une quantité absolue qui ne varie pas avec le matériau et reste constante pour la même force de dérivation (par exemple, un fil porteur de courant ou un aimant) .Mais la valeur de B dépend du matériau .La valeur de B dépend de la quantité magnétique champ de lignes, tout matériau permet de le traverser, d'où mu_0 est un facteur de conversion qui relie le champ magnétique total appliqué H (qui est absolu) aux lignes de champ que tout matériau laisse passer (qui varie d'un matériau à l'autre).