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Flusso del campo magnetico in un materiale ferromagnetico

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[1] Flusso del campo magnetico in un materiale ferromagnetico

Messaggioda Foto UtenteCarmine12 » 29 lug 2019, 18:36

Buona sera. So che può sembrare assurdo, ma nel mio libro di fisica II (e se volete vi cito il nome) non accenna neppure (ho controllato e ricontrollato davvero allo sfinimento in tutto il capitolo) , quando parla del magnetismo nei materiali, al fatto che, dato un certo materiale ferromagnetico, esso tenderà a far sì che tutte le linee di campo magnetico vicine seguano il suo andamento. Studiando macchine elettriche, invece, trovo la frase seguente, che mi fa capire che funziona cosi:

"Lo studio dei campi magnetici nella materia mostra che più elevata è la permeabilità, migliore è l’approssimazione che considera completamente intrappolato nel materiale il campo di induzione magnetica, in modo tale che la superficie che delimita la frontiera del materiale magnetico diventa un tubo di flusso dato che contiene al suo interno tutte le linee del campo di induzione magnetica B".

Sinceramente, in tutto il corso di fisica II, non ho mai sentito neppure accennare al fatto che il tutto funzioni in questo modo e ho già dato l'esame, con un voto abbastanza alto, ecco perché mi sembra abbastanza assurdo il fatto che questa cosa non sia stata assolutamente detta, giacché mi sembra fondamentale per capire bene il tutto nel proseguio degli studi.

Poiché sul mio libro di fisica non spiega minimamente perché tutto ciò accada, vorrei sapere se qualcuno di voi fosse talmente gentile e disponibile da farlo
(in maniera non eccessivamente rigorosa ma comunque approfondita) . Grazie mille in anticipo e buona giornata.
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[2] Re: Flusso del campo magnetico in un materiale ferromagnetic

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 29 lug 2019, 18:48

Carmine12 ha scritto:"Lo studio dei campi magnetici nella materia mostra che più elevata è la permeabilità, migliore è l’approssimazione che considera completamente intrappolato nel materiale il campo di induzione magnetica, in modo tale che la superficie che delimita la frontiera del materiale magnetico diventa un tubo di flusso dato che contiene al suo interno tutte le linee del campo di induzione magnetica B".


Da quale libro hai estrapolato quel periodo?

Dopo fisica II e prima di macchine elettriche, hai studiato campi elettromagnetici e/o elettromagnetismo in elettrotecnica e/o principi di ingegneria elettrica?

Se vuoi capire bene l'argomento in oggetto, devi conoscere almeno il concetto di tubo di flusso del campo di induzione magnetica B, confinamento delle linee di flusso, leggi di rifrazione, regione delimitata in uno spazio infinito, solenoidita' del campo B, riluttanza e legge di Hopkinson.
Argomenti che sicuramente puoi trovare nel tuo libro di elettromagnetismo (non quello di fisica II). Ne hai uno? Se si', quale?
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[3] Re: Flusso del campo magnetico in un materiale ferromagnetic

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 29 lug 2019, 20:13

Carmine12 ha scritto: [...] ma nel mio libro di fisica II (e se volete vi cito il nome) non accenna neppure (ho controllato e ricontrollato davvero allo sfinimento in tutto il capitolo)


Su quale libro hai studiato?

Puoi controllare in uno di questi libri di fisica II:
Mazzoldi: Capitolo sulle Proprietà magnetiche della materia. (sono sicuro)
Mencuccini: Capitolo sul Magnetismo della materia. (sono quasi sicuro :D, dovrei verificare).
E se non ricordo male anche nel Griffiths (in questo momento non posso controllare, qualcuno ha avuto la brillante :evil: idea di prenderlo in "prestito"... :mrgreen: )

Nei testi di elettromagnetismo post-fisica II, troverai una trattazione piu' specifica ed ingegneristica.
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[4] Re: Flusso del campo magnetico in un materiale ferromagnetic

Messaggioda Foto UtenteCarmine12 » 31 lug 2019, 16:51

Buongiorno, ti ringrazio per le risposte e i suggerimenti. Purtroppo, dopo fisica II, ho iniziato a studiare direttamente Elettrotecnica, il mio corso è, infatti, di una laurea triennale in ingegneria meccanica. Elettronica è però, comunque, un corso semestrale da 9 cfu, fatto in maniera più approfondita di corsi più specifici del mio indirizzo in verità. Purtroppo, però, mi ritrovo proprio per questo motivo con qualche lacuna qua e là. Il libro di fisica da cui ho studiato è il gettys (McGraw-Hill), e ammetto che non è proprio il più completo, ma è quello che seguiva il mio professore. Per caso, al di là dei testi consigliatimi che certamente cercherò di reperire, qualcuno di voi potrebbe illustrarmi in linee generali come funziona quello di cui ho domandato nella discussione (almeno per farmi un idea e capire come interpretare il fenomeno)? Vi ringrazio in anticipo. Vorrei in particolare capire se è corretta la mia "intuizione" per cui il campo magnetico tende a svilupparsi seguendo l'andamento di una sostanza ferromagnetica con un'alta permeabilità magnetica, e il perché.

Riguardo al pezzo estratto, di cui mi domandavi, fa parte delle dispense del mio professore in verità, che però sono basate su vari libri specifici e quindi certamente sarà estratto da uno di quelli (sono più di mille pagine di dispense, ecco perché mi sono permesso di chiamarle libro, in maniera, chiaramente, impropria). Grazie ancora e buona serata.
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[5] Re: Flusso del campo magnetico in un materiale ferromagnetic

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 31 lug 2019, 18:03

Carmine12 ha scritto:Vorrei in particolare capire se è corretta la mia "intuizione" [...]

Quale intuizione?

Carmine12 ha scritto:Riguardo al pezzo estratto, di cui mi domandavi, fa parte delle dispense del mio professore in verità, che però sono basate su vari libri specifici e quindi certamente sarà estratto da uno di quelli (sono più di mille pagine di dispense, ecco perché mi sono permesso di chiamarle libro, in maniera, chiaramente, impropria).

Ho capito di quali dispense parli :D

Come ho gia' anticipato, l'argomento e' molto vasto. Bisogna conoscere un po' di cosette per comprenderlo sufficientemente bene.
Oltre agli aspetti prettamente fisici, e' fondamentale conoscere la rifrazione del campo magnetico in presenza di discontinuità della permeabilità magnetica. Adesso provero' a riassumere questo argomento (decine e decine di pagine) in poche righe e un disegno. Credo che sarai in grado di risolvere il tuo dubbio a livello intuitivo.
Facciamo riferimento alla seguente figura:



In presenza di una discontinuità tra due mezzi 1 e 2, i campi B e H subiscono una rifrazione.
La deviazione e' tanto piu' elevata quanto maggiore e' la differenza fra i valori delle due permeabilità magnetiche.
In prossimità della superficie di discontinuità, le linee di campo formano, rispetto alla normale n della superficie stessa, due angoli \alpha_{1} e \alpha_{2} tali che:

\frac{\tan\alpha_{1}}{\tan\alpha_{2}}=\frac{\mu_{1}}{\mu_{2}}

Se \mu_{1} < \mu_{2} allora B_{1} < B_{2}.
Nel mezzo con permeabilità maggiore, l'induzione magnetica e' piu' intensa.
Un discorso duale vale per il campo H. Stai attento a non cadere in inganno :D

Nel caso delle macchine elettriche, la differenza fra le due permeabilità e' molto marcata: aria contro materiale ferromagnetico. Le linee di campo rimangono convogliate all'interno del materiale ad elevata permeabilità magnetica.
Il confinamento delle linee di B, in realtà, non e' totale. Le differenze di permeabilità fra i vari mezzi materiali sono molto elevate ma non enormemente elevate.
Anche se odio fare analogie, puoi considerare un conduttore immerso in un mezzo isolante. Le linee del campo di corrente rimangono praticamente confinate all'interno del conduttore in quanto quest'ultimo ha una conducibilità elettrica infinitamente piu' elevata rispetto al mezzo isolante circostante.

Ipotizzando il perfetto il confinamento delle linee di B, il mezzo ferromagnetico puo' essere considerato un tubo di flusso di B. Ripassa la definizione di tubo di flusso.

Stai attento. I fenomeni relativi alle linee di campo B e H dipendono dalle condizioni al contorno.
Quanto su descritto vale per le condizioni che trovi normalmente nel corso di macchine elettriche.
Ripeto: l'argomento e' molto vasto.

Le linee possono essere disegnate per via numerica o grafica (vedi ad esempio il metodo grafico di Lehmann).
Per geometrie semplici del circuito magnetico e a livello qualitativo, le linee di campo possono essere disegnate ad occhio.
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[6] Re: Flusso del campo magnetico in un materiale ferromagnetic

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 31 lug 2019, 20:53

Riprendo il discorso sulle macchine elettriche (valido in generale per qualsiasi circuito magnetico).
Facciamo riferimento alla figura seguente (\mu_{2} \gg \mu_{1}):



Per le leggi di rifrazione del campo B, l'induzione magnetica tende ad essere tangente alle superfici laterali del materiale ferromagnetico (ti invito nuovamente a rivedere la definizione di tubo di flusso) e pertanto le linee vettoriali del campo B tendono a rimanere confinati all'interno del circuito magnetico di permeabilità magnetica \mu_{2}.
All'interfaccia con il traferro, le linee vettoriali sono ortogonali rispetto alla superficie di discontinuità (leggi di rifrazione e conservazione della componente normale del campo B).

Queste concetti, comunque, si studiano anche in elettrotecnica. ;-) Salvo se, per elettrotecnica, intendi teoria delle reti elettriche.
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[7] Re: Flusso del campo magnetico in un materiale ferromagnetic

Messaggioda Foto UtenteCarmine12 » 1 ago 2019, 10:31

Sei stato davvero gentilissimo, grazie mille. Il discorso sarebbe certamente molto più ampio ma, almeno a livello intuitivo, posso dire che mi è tutto molto più chiaro ora. Cercherò di consultare i testi che mi hai suggerito in ogni caso, per approfondire meglio la questione. Comunque, purtroppo nel corso di elettrotecnica si è toccato anche elettromagnetismo, circuiti magnetici, riluttanza ecc. Ma tutto in maniera molto rapida e intuitiva, e mai è stato spiegato il fenomeno di cui abbiamo parlato minimamente (è stato solo detto che esiste per spiegare, ovviamente, il resto). Di fatto si, come hai detto tu si è trattato più che altro di un corso sulla teoria dei circuiti elettrici. Grazie ancora vivamente. Buona giornata.
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