Với các cấu hình chiều dài và mật độ dòng từ, làm thế nào để tính cường độ từ trường?

Để tính cường độ từ trường (Magnetic Field Strength, $\mathrm{<br>}$H) dựa trên chiều dài và mật độ dòng từ (Magnetic Flux Density, $\mathrm{<br>}$B), điều quan trọng là phải hiểu mối quan hệ giữa hai đại lượng này. Cường độ từ trường $\mathrm{<br>}$H và mật độ dòng từ $\mathrm{<br>}$B thường được liên kết thông qua đường cong từ hóa (B-H curve) hoặc độ dẫn từ ( $\mathrm{<br>}$μ).

1. Công thức cơ bản

• Mối quan hệ giữa cường độ từ trường   $\mathrm{<br>\; }$H và mật độ dòng từ   $\mathrm{<br>\; }$B có thể được biểu diễn bằng công thức sau:

• Trong đó:

• B là mật độ dòng từ, đo bằng tesla (T).

• $\mathrm{<br>\; }$H là cường độ từ trường, đo bằng ampe/mét (A/m).

• $\mathrm{<br>\; }$μ là độ dẫn từ, đo bằng henry/mét (H/m).

• Độ dẫn từ   $\mathrm{<br>\; }$μ có thể được phân rã thành tích của độ dẫn từ không gian tự do   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$μ0 và độ dẫn từ tương đối   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$μr:

• Trong đó:

• μ0 là độ dẫn từ không gian tự do, khoảng  $\mathrm{<br>\; }$4π×10−7H/m.

• μr là độ dẫn từ tương đối của vật liệu, khoảng 1 cho vật liệu không từ (như không khí, đồng, nhôm) và có thể rất cao (trăm đến nghìn) cho vật liệu từ (như sắt, niken).

2. Tính cường độ từ trường  $\mathrm{<br>}$H khi biết  $\mathrm{<br>}$B và  $\mathrm{<br>}$μ

Nếu bạn biết mật độ dòng từ $\mathrm{<br>}$B và độ dẫn từ $\mathrm{<br>}$μ, bạn có thể sử dụng công thức trên để tính cường độ từ trường $\mathrm{<br>}$H:

Ví dụ, giả sử bạn có một biến áp lõi sắt với mật độ dòng từ B=1.5T và độ dẫn từ tương đối μr=1000. Khi đó:

3. Xem xét đường cong từ hóa phi tuyến

Đối với vật liệu từ, độ dẫn từ $\mathrm{<br>}$μ không phải là hằng số mà thay đổi theo cường độ từ trường H. Trong thực tế, đặc biệt ở cường độ từ trường cao, độ dẫn từ có thể giảm đáng kể, dẫn đến sự tăng trưởng chậm lại của mật độ dòng từ $\mathrm{<br>}$B. Mối quan hệ phi tuyến này được mô tả bởi đường cong B-H của vật liệu.

• Đường cong B-H: Đường cong B-H cho thấy cách mật độ dòng từ   $\mathrm{<br>\; }$B thay đổi theo cường độ từ trường   $\mathrm{<br>\; }$H. Đối với vật liệu từ, đường cong B-H thường phi tuyến, đặc biệt khi nó tiếp cận điểm bão hòa. Nếu bạn có đường cong B-H của vật liệu, bạn có thể xác định cường độ từ trường   $\mathrm{<br>\; }$H bằng cách tìm giá trị   $\mathrm{<br>\; }$H tương ứng với một giá trị   $\mathrm{<br>\; }$B đã cho.

• Sử dụng đường cong B-H:

1. Tìm mật độ dòng từ đã cho  $\mathrm{<br>\; }$B trên đường cong B-H.

2. Đọc cường độ từ trường tương ứng H từ đường cong.

4. Xem xét chiều dài mạch từ

Nếu bạn cũng cần xem xét hình học của mạch từ (như chiều dài $\mathrm{<br>}$l của lõi), bạn có thể sử dụng luật mạch từ (tương đương với luật Ohm trong mạch điện) để tính cường độ từ trường. Luật mạch từ có thể được biểu diễn như sau:

Trong đó:

• $\mathrm{<br>\; }$F là lực từ động (MMF), đo bằng ampe-vòng (A-turns).

• $\mathrm{<br>\; }$H là cường độ từ trường, đo bằng A/m.

• $\mathrm{<br>\; }$l là chiều dài trung bình của mạch từ, đo bằng mét (m).

Lực từ động $\mathrm{<br>}$F thường được xác định bởi dòng điện $\mathrm{<br>}$I và số vòng dây $\mathrm{<br>}$N trong cuộn dây:

Kết hợp hai phương trình này, bạn sẽ có:

Phương trình này hữu ích khi bạn biết chiều dài mạch từ $\mathrm{<br>}$l và các tham số của cuộn dây (số vòng N và dòng điện $\mathrm{<br>}$I).

5. Tóm tắt các bước

1. Xác định mật độ dòng từ    $\mathrm{<br>\; }$B: Sử dụng mật độ dòng từ đã cho    $\mathrm{<br>\; }$B.

2. Chọn độ dẫn từ phù hợp    $\mathrm{<br>\; }$μ: Đối với vật liệu tuyến tính (như không khí hoặc vật liệu không từ), sử dụng độ dẫn từ không gian tự do    ${\mathrm{<br>\; }}_{}$μ0. Đối với vật liệu từ, hãy xem xét độ dẫn từ tương đối μr, hoặc sử dụng đường cong B-H.

3. Tính cường độ từ trường H: Sử dụng công thức H=μB hoặc đọc giá trị tương ứng    $\mathrm{<br>\; }$H từ đường cong B-H.

4. Xem xét chiều dài mạch từ (nếu cần): Nếu bạn cần xem xét hình học của mạch từ, sử dụng luật mạch từ H=lN⋅I để phân tích thêm.

Kết luận

Để tính cường độ từ trường dựa trên chiều dài và mật độ dòng từ, trước tiên xác định độ dẫn từ $\mathrm{<br>}$μ, sau đó sử dụng công thức $\mathrm{<br>}$H=μB. Đối với vật liệu từ, nên sử dụng đường cong B-H để xử lý mối quan hệ phi tuyến. Nếu bạn cần xem xét hình học của mạch từ, sử dụng luật mạch từ $\mathrm{<br>}$H=lF để phân tích thêm.