Diversi tipi di materiali magnetici
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- Categoria: Elettrotecnica
- Pubblicato Venerdì, 06 Dicembre 2013 08:27
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I diversi materiali presentano cicli di isteresi differenti, ma sempre chiusi e simmetrici se si adottano valori simmetrici di Hmax; in particolare (fig. 4.5) si distinguono materiali magnetici dolci (a) caratterizzati da cicli stretti: il valore di Br può essere elevato, ma il valore di Hc, è sempre molto basso ed il materiale si smagnetizza facilmente; tali sono i metalli ferromagnetici puri (ferro con basso tenore di carbonio, nichel, cobalto), alcune leghe appositamente realizzate (ad esempio mumetal, permalloy) e le ferriti dolci (ossidi di metalli ferromagnetici).
I materiali magnetici duri (b) sono caratterizzati invece da cicli di isteresi larghi, con elevati valori di Br, e, quel che più conta, con elevati valori di Hc, che ne rendono difficile la smagnetizzazione. Tali materiali sono perciò adatti e alla costruzione di magneti permanenti.
A titolo di confronto viene pure riportata la caratteristica dei materiali non magnetici (c), identica a quella dell'aria e del vuoto. Questa è lineare, poiché tali materiali non presentano affatto fenomeni di saturazione o di isteresi, ma per raggiungere elevati valori di induzione richiedono elevatissimi valori di H ( e quindi di N*I).
Fig 4.5 - Cicli d'isteresi di diversi materiali magnetici
In fig. 4.6 è riportata una caratteristica di prima magnetizzazione tipica di un materiale magnetico. Per ciascun punto della caratteristica si determina il valore della permeabilità assoluta μ con l’espressione
A titolo di esempio viene evidenziato il valore μ5, ottenuto come rapporto tra i valori di B5 e di H5, e corrispondente al coefficiente angolare della retta O-P5
Il valore di μ è variabile a seconda del livello di induzione e viene riportato in fig. 4.6 b) come funzione di H.
Al di sotto della saturazione i valori di, μ sono elevati, mentre alla saturazione μ decresce e tende all'asintoto di valore μ0. E spesso comodo esprimere, μ come
dove μr è un numero adimensionale detto permeabilità relativa; nel ferro esso raggiunge valori superiori a 4000 prima del ginocchio di saturazione.
Fig 4.6 - Andamento di μ in funzione di H
Fig 4.7 - Permeabilità differenziale
In fig. 4.7 viene invece illustrato il significato della permeabilità differenziale μd; per ciascun valore di H si definisce
dove ΔB e ΔH sono molto piccoli.
Viene evidenziato come esempio il valore μd5, ottenuto come rapporto fra la differenza di induzione (B5 - B4) e la corrispondente differenza (H5 - H4); μd5 corrisponde al coefficiente angolare della retta P4 - P5. Se, come al solito, facciamo tendere AH a zero, scriviamo
Il valore di μd in un punto è dato dal coefficiente angolare della tangente la curva di magnetizzazione in quel punto.
Fig 4.8 - Caratteristiche magnetiche di alcune leghe ferrose
In fig. 4.8 vengono riportate le caratteristiche magnetiche del ferro e delle sue principali leghe. In fig. 4.9 sono invece riportate le caratteristiche di una ferrite dolce, chiaramente inferiori a quelle del ferro; le ferriti trovano largo impiego in elettronica poiché, non essendo conduttrici, non diventano sede di correnti parassite, e possono quindi mantenere elevate prestazioni anche con rapidissime variazioni di B.
Il fenomeno delle correnti parassite, che si manifesta nei materiali conduttori in presenza di rapide variazioni di B, verrà trattato nell'articolo «Correnti parassite».
Fig 4.9 - Caratteristica di una ferrite dolce (Philips)
Questi diagrammi rappresentano la linea di prima magnetizzazione; spesso l’asse H è tracciato in scala logaritmica allo scopo di espandere il tratto iniziale della caratteristica. Va ricordato che lotti diversi dello stesso materiale differiscono sensibilmente e che queste curve riportano solamente i valori medi. I calcoli magnetici sono quindi affetti da un errore dovuto alla tolleranza dei materiali.