مقاومت مغناطیسی: این چیست؟

Electrical4u

فیلد: مقدماتی برق

China

چیست مغناطیسی ناخواهانگی؟

مغناطیسی ناخواهانگی (که به عنوان مقاومت مغناطیسی، مقاومت مغناطیسی یا عایق مغناطیسی نیز شناخته می‌شود) به مخالفتی اشاره دارد که یک مدار مغناطیسی در برابر تولید جریان مغناطیسی ارائه می‌دهد. این ویژگی مواد است که مخالفت با ایجاد جریان مغناطیسی در یک مدار مغناطیسی را نشان می‌دهد.

Reluctance of Transformer Core.png — ناخواهانگی هسته ترانسفورماتور

در یک مدار الکتریکی، مقاومت مخالفت با جریان جریان الکتریکی در مدار را نشان می‌دهد و انرژی الکتریکی را مصرف می‌کند. مغناطیسی ناخواهانگی در یک مدار مغناطیسی مشابه مقاومت در یک مدار الکتریکی است زیرا مخالفت با تولید جریان مغناطیسی در یک مدار مغناطیسی را نشان می‌دهد اما منجر به مصرف انرژی نمی‌شود بلکه انرژی مغناطیسی را ذخیره می‌کند.

ناخواهانگی متناسب با طول مدار مغناطیسی و عکس متناسب با مساحت سطح مقطع مسیر مغناطیسی است. این یک کمیت اسکالر است و با S نمایش داده می‌شود. توجه داشته باشید که یک کمیت اسکالر آن است که فقط با یک مقدار عددی (یا مقدار عددی) توصیف می‌شود. برای تعریف کمیت اسکالر نیازی به جهت نیست.

Reluctance of Magnetic Bar.png — ناخواهانگی میله مغناطیسی

به صورت ریاضی می‌توان آن را به صورت زیر بیان کرد

$\begin{align*} S = \frac {l}{\mu_0 \mu_r A} \end{align*}$

که در آن، l = طول مسیر مغناطیسی (در متر)

$\mu_0$ = تراوایی فضای خالی (vakuum) = $4 \pi * 10^-^7$ هنری بر متر

$\mu_r$ = تراوایی نسبی یک ماده مغناطیسی

$A$ = مساحت مقطع عرضی (در متر مربع ( $m^2$ ))

در AC و همچنین DC، مغناطیس‌ناپذیری نسبت نیروی مغناطیسی (m.m.f) به شار مغناطیسی در یک مدار مغناطیسی است. در یک میدان AC یا DC نوسانی، مغناطیس‌ناپذیری نیز نوسانی است.

بنابراین می‌توان آن را به صورت زیر بیان کرد:

$\begin{align*} Relectance (S) = \frac {m.m.f}{flux} = \frac {F}{\phi} \end{align*}$

مغناطیس‌ناپذیری در یک مدار مغناطیسی سری

مانند یک مدار الکتریکی سری، مقاومت کل برابر با مجموع مقاومت‌های فردی است،

$\begin{align*} R = R_1 + R_2 + R_3 +.............+R_n \end{align*}$

که در آن، $R = \frac {\rho l}{A} (\rho = Resistivity)$

به طور مشابه، در یک سری مدارهای مغناطیسی، مجموع مقاومت مغناطیسی برابر با مجموع مقاومت‌های مغناطیسی جداگانه در مسیر حلقه فلوکس است.

$\begin{align*} S = S_1 + S_2 + S_3 +.............+S_n \end{align*}$

که در آن، $S = \frac {l}{\mu_0 \mu_r A}$

چیستی تراوایی مغناطیسی؟

تراوایی یا تراوایی مغناطیسی به عنوان قابلیت یک ماده برای اجازه عبور خطوط نیروی مغناطیسی از آن تعریف می‌شود. این ویژگی کمک می‌کند به توسعه میدان مغناطیسی در یک مدار مغناطیسی.

واحد SI تراوایی هنری بر متر (H/m) است.

از نظر ریاضی، $\mu = \mu_0 \mu_r$ H/m

که در آن، $\mu_0$ = نفوذپذیری فضا (vakuum) = $4 \pi * 10^-^7$ هنری بر متر

$\mu_r$ = نفوذپذیری نسبی یک ماده مغناطیسی

این نسبت تراکم شار مغناطیسی (B) به نیروی مغناطیس‌ساز (H) است.

$\begin{align*} \mu = \frac {B}{H} \end{align*}$

نفوذپذیری نسبی

نفوذپذیری نسبی به عنوان درجه‌ای تعریف می‌شود که ماده به عنوان رساننده بهتر شار مغناطیسی نسبت به فضا عمل می‌کند.

این با علامت $\mu_r$ نشان داده می‌شود.

چیست رلوکتیویتی؟

رلوکتیویتی یا ماندگاری خاص به عنوان ماندگاری ارائه شده توسط یک مدار مغناطیسی با طول واحد و مقطع واحد تعریف می‌شود.

ما می‌دانیم که ماندگاری $S = \frac {l} {\mu_0 \mu_r A}$

وقتی l = ۱ متر و A = ۱ متر مربع داشته باشیم، آنگاه

$\begin{align*} S= \frac {1} {\mu_0 \mu_r (1)} = \frac {1} {\mu_0 \mu_r} =\frac {1} {\mu} \ ( \mu = \mu_0 \mu_r ) \end{align*}$

$\begin{align*} S (Specific \,\, Reluctance) = \frac {1} {Absolute \,\, Permeability (\mu)} \end{align*}$

واحد آن متر بر هنری است.

این مقدار مشابه با مقاومت خاص (رزیستیویتی) در یک مدار الکتریکی است.

نفوذپذیری در مقابل مقاومت مغناطیسی

نفوذپذیری به عنوان وارون مقاومت مغناطیسی تعریف می‌شود. آن را با P نمایش می‌دهند.

$P = \frac {1} {S}$

نفوذپذیری	مقاومت مغناطیسی
نفوذپذیری میزان آسانی ایجاد شار مغناطیسی در مدار مغناطیسی را اندازه‌گیری می‌کند.	مقاومت مغناطیسی تولید شار مغناطیسی در مدار مغناطیسی را مخالفت می‌کند.
با حرف P نشان داده می‌شود.	با حرف S نشان داده می‌شود.
$Permeance = \frac{flux}{m.m.f}$	$Reluctance = \frac{m.m.f}{flux}$
واحد آن وبر/آمپر-ترن است یا هنری.	واحد آن آمپر-ترن/وبر یا ۱/هنری یا H-1 است.
این مفهوم مشابه با رسانایی در یک مدار الکتریکی است.	این مفهوم مشابه با مقاومت در یک مدار الکتریکی است.

واحدهای مغناطیسی مقاومت

واحد مغناطیسی مقاومت آمپر-دور بر وبر (AT/Wb) یا ۱/هنری یا H-1 است.

بعد از مغناطیسی مقاومت

$\begin{align*} S = \frac {l}{\mu A} \end{align*}$

$\begin{align*} \begin{split} \ S = \frac {M^0 L^1 T^0} {M^1 L^1 T^-^2 I^-^2 * M^0 L^2 T^0} \ \ = \frac {M^0 L^1 T^0} {M^1 L^3 T^-^2 I^-^2} \ \ = M^-^1 L^-^2 T^2 I^2 \ \end{split} \end{align*}$

فرمول مغناطیسی مقاومت

(۱) $\begin{equation*} S = \frac {l}{\mu_0 \mu_r A} \end{equation*}$

که در آن، $\mu = \mu_0 \mu_r$ (در یک مدار الکتریکی $\epsilon = \epsilon_0 \epsilon_r$ )

بنابراین، $S = \frac {l}{\mu A}$

که در آن، $\mu$ = نفوذپذیری مواد مغناطیسی

$\begin{align*} Reluctance (S) = \frac {m.m.f}{flux} \end{align*}$

(۲) $\begin{equation*} S = \frac {NI}{\phi} \end{equation*}$

با مقایسه معادله (۱) و (۲)، به دست می‌آوریم

$\begin{align*} \frac {l}{\mu_0 \mu_r A} = \frac {NI}{\phi} \end{align*}$

با مرتب کردن جملات، به دست می‌آوریم

(۳) $\begin{equation*} \frac {\phi}{\mu_0 \mu_r A} = \frac {NI}{l} \end{equation*}$

اما $\frac {\phi}{A} = B$ و $\frac {NI}{l} = H$

با قرار دادن این روابط در معادله (۳)، به دست می‌آوریم

$\begin{align*} \frac {B}{\mu_0} = H \end{align*}$

$\begin{align*} B = \mu_0 \mu_r H = \mu H \ (where, \mu = \mu_0 \mu_r) \end{align*}$

نیروی موتور مغناطیسی (M.M.F)

نیروی موتور مغناطیسی به عنوان نیرویی تعریف می‌شود که تمایل دارد جریان مغناطیسی را در مدار مغناطیسی ایجاد کند.

این نیرو برابر با حاصل ضرب جریان عبوری از سیم پیچ و تعداد دورهای سیم پیچ است.

بنابراین، $m.m.f = NI$

واحد آن آمپر دور (AT) است.

بنابراین، $AT = NI$

کار انجام شده برای انتقال یک قطب مغناطیسی واحد (1 Wb) از طریق کل مدار مغناطیسی به عنوان نیروی موتور مغناطیسی (m.m.f) نامیده می‌شود.

این مانند نیروی الکتروموتوری (e.m.f) در یک مدار الکتریکی است.

برخی از کاربردهای رلوکتانس

برخی از کاربردهای رلوکتانس عبارتند از:

درترانسفورماتور، رلوکتانس به طور اصلی برای کاهش تأثیراشباع مغناطیسی استفاده می‌شود. شکاف‌های هوا ثابت در یک ترانسفورماتور رلوکتانس مدار را افزایش می‌دهد و بنابراین قبل از اشباع، انرژی مغناطیسی بیشتری ذخیره می‌کند.
موتور رلوکتانس برای بسیاری از کاربردهای سرعت ثابت مانند زنگ الکتریکیتایمر، دستگاه‌های سیگنال‌دهی، دستگاه‌های ضبط و غیره که بر اساس اصل رلوکتانس متغیر کار می‌کنند، استفاده می‌شود.
یکی از ویژگی‌های اصلیمواد مغناطیسی سخت این است که دارای رلوکتانس مغناطیسی قوی است که برای ایجاد مغناطیس‌های دائمی استفاده می‌شود. مثال: فولاد تنگستن، فولاد کبالت، فولاد کروم، آلنیکو و غیره….
مغناطیس بلندگو با یک ماده مغناطیسی نرم مانند آهن نرم پوشیده شده تا تأثیر میدان مغناطیسی پخش شده کمینه شود.
بلندگوها در سیستم‌های چندرسانه‌ای به منظور کاهش تداخل مغناطیسی که به تلویزیون‌ها (TV) و لامپ‌های کاتدی (CRT) وارد می‌شود، محافظت مغناطیسی شده‌اند.