Magnetische weerstand

Magnetische reluctantie, of magnetische weerstand, is een meeteenheid die wordt gebruikt bij de analyse van magnetische circuits. Het is te vergelijken met de weerstand in een elektrisch circuit, maar in plaats van magnetische energie af te voeren, wordt magnetische energie opgeslagen. Zoals een elektrisch veld ervoor zorgt dat een elektrische stroom de weg van de minste weerstand volgt, zo zorgt een magnetisch veld ervoor dat de magnetische flux de weg van de minste magnetische reluctantie volgt. Het is een scalaire, uitgebreide grootheid, net als elektrische weerstand.

Reluctantie wordt gewoonlijk aangeduid met een gekrulde hoofdletter R.

Geschiedenis

De term werd in mei 1888 bedacht door Oliver Heaviside. Het begrip "magnetische weerstand" werd voor het eerst genoemd door James Joule en de term "magnetomotorische kracht" (MMF) werd voor het eerst genoemd door Bosanquet. Het idee voor een magnetischefluxwet, vergelijkbaar met de wet van Ohm voor gesloten elektrische circuits, wordt toegeschreven aan H. Rowland.

Definitie

De totale reluctantie is gelijk aan de verhouding tussen de "magnetomotorische kracht" (MMF) in een passief magnetisch circuit en de magnetische flux in dit circuit. In een wisselstroomveld is de reluctantie de verhouding tussen de amplitudewaarden van een sinusoïdale MMF en de magnetische flux. (zie fasoren)

De definitie kan worden uitgedrukt als:

R = F Φ {\displaystyle {\mathcal {R}}={\frac {\mathcal {F}}{\Phi }} ${\mathcal {R}}={\frac {\mathcal {F}}{\Phi }}$

waarbij

R {\displaystyle {\mathcal {R}} $\mathcal R$ ("R") is de reluctantie in ampère-omwentelingen per Weber (een eenheid die equivalent is aan omwentelingen per henry). Met "omwentelingen" wordt het aantal windingen bedoeld van een elektrische geleider die een spoel vormt.

F {\displaystyle {\mathcal {F}} $\mathcal F$ ("F") is de magnetomotorische kracht (MMF) in ampère-omwentelingen

Φ ("Phi") is de magnetische flux in webers.

Deze wet wordt ook wel de wet van Hopkinson genoemd en is analoog aan de wet van Ohm met weerstand vervangen door reluctantie, spanning door MMF en stroom door magnetische flux.

De magnetische flux vormt altijd een gesloten lus, zoals beschreven door de vergelijkingen van Maxwell, maar de baan van de lus hangt af van de reluctantie van de omringende materialen. Hij concentreert zich rond het pad met de kleinste reluctantie. Lucht en vacuüm hebben een hoge reluctantie. Gemakkelijk te magnetiseren materialen zoals zacht ijzer hebben een lage reluctantie. De concentratie van flux in materialen met een lage reluctantie vormt sterke tijdelijke polen en veroorzaakt mechanische krachten die geneigd zijn de materialen te verplaatsen naar gebieden met een hogere flux, zodat er altijd sprake is van een aantrekkende kracht (pull).

De reluctantie van een uniforme magnetische kring kan worden berekend als:

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

R = l μ A {\displaystyle {R}}={\frac {l}{\mu A}} ${\mathcal {R}}={\frac {l}{\mu A}}$

waarbij

l de lengte van de stroomkring in meters is

μ 0 $\mu _{0}$ is de doorlatendheid van de vrije ruimte, gelijk aan 4 π × 10 - 7 {\displaystyle 4pi \times 10^{-7}} $4\pi \times 10^{-7}$ henry per meter

μ r $\mu _{r}$ is de relatieve magnetische permeabiliteit van het materiaal (dimensieloos)

μ $\mu$ is de doorlaatbaarheid van het materiaal ( μ = μ 0 μ r {\displaystyle \mu =\mu _{0}\mu _{r}} $\mu =\mu _{0}\mu _{r}$ )

A de oppervlakte van de dwarsdoorsnede van het circuit in vierkante meter is

Het omgekeerde van reluctantie wordt permeantie genoemd.

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

De afgeleide SI-eenheid is de henry (dezelfde als de eenheid van inductie, hoewel de twee begrippen verschillend zijn).

Toepassingen

In de kernen van bepaalde transformatoren kunnen luchtspleten worden aangebracht om de gevolgen van verzadiging te verminderen. Dit verhoogt de reluctantie van de magnetische kring, en stelt hem in staat meer energie op te slaan voordat de kern verzadigd raakt. Dit effect wordt ook gebruikt in de flybacktransformator.

Variatie van de reluctantie is het principe achter de reluctantiemotor (of de variabele reluctantiegenerator) en de Alexanderson-dynamo. Met andere woorden, de reluctantie krachten zoeken de meest uitgelijnde magnetische kring en een kleine luchtspleet afstand.

Multimedia-luidsprekers zijn gewoonlijk magnetisch afgeschermd, om de magnetische interferentie te verminderen die zij veroorzaken op televisies en andere beeldbuizen. De luidsprekermagneet wordt bedekt met een materiaal zoals zacht ijzer om het zwervend magnetisch veld te minimaliseren.

Terughoudendheid kan ook worden toegepast op:

Reluctantiemotoren
Variabele reluctantie (magnetische) pickups

Verwante pagina's

Diëlektrische complexe reluctantie
Magnetische gevoeligheid
Magnetische capaciteit
Magnetisch circuit
Magnetische complexe reluctantie
Reluctantiemotor