Resistenza magnetica
Cosa si intende per resistenza magnetica?
La resistenza magnetica è una misura della resistenza alle linee di campo magnetico che attraversano la materia. Se la resistenza magnetica è elevata, le linee di campo magnetico possono penetrare nel materiale solo con difficoltà. La resistenza magnetica è quindi inversamente proporzionale alla permeabilità magnetica (permeabilità) μ. I materiali ferromagnetici hanno quindi una resistenza magnetica molto bassa.Indice
Nel magnetismo,
il cosiddetto flusso magnetico
Φ
è l'equivalente della corrente elettrica I
dell'elettricità.
Utilizzando la tensione magnetica Umag
e il flusso magnetico Φ,
si può quindi definire una resistenza magnetica Rmag
utilizzando la relazione:
Umag=Rmag•Φ Ciò corrisponde alla legge di Ohm nella teoria dell'elettricità U=R•I, dove U indica la tensione elettrica, I la corrente elettrica e R la resistenza elettrica (ohmica).
Nei materiali ad alta permeabilità, il flusso magnetico è molto elevato. La resistenza magnetica è quindi molto bassa. Questo vale per i materiali ferromagnetici come il ferro.
Un superconduttore, invece, ha una resistenza magnetica infinitamente grande. Il superconduttore allontana completamente il flusso magnetico dal suo interno. Nessun campo magnetico può penetrare in un superconduttore. La permeabilità del superconduttore è pari a zero.
Esempio di calcolo delle resistenze magnetiche
Utilizzando l'idea delle resistenze magnetiche, i circuiti in serie e in parallelo di diverse resistenze magnetiche possono essere calcolati allo stesso modo di un circuito elettrico.Ad esempio, si può considerare una bobina ad anello di lunghezza L con un nucleo di ferro e un traferro di larghezza d. In questa bobina, il campo magnetico all'interno del nucleo di ferro è più basso che nel traferro. L'intensità del campo è indirettamente proporzionale alla permeabilità, cioè direttamente proporzionale alla resistenza magnetica. Questo è del tutto analogo al circuito elettrico. In corrispondenza di resistenze di grandi dimensioni si ha un grande campo elettrico, perché sulla resistenza è presente una tensione grande.
Una lunga bobina ad anello con un nucleo di ferro rappresenta una resistenza magnetica.
Anche un traferro forma una resistenza magnetica.
Poiché la permeabilità magnetica dell'aria è notevolmente inferiore a quella del ferro, la resistenza magnetica del traferro è maggiore di quella del nucleo di ferro.
Se il traferro viene ridotto, la resistenza del traferro diminuisce.
La tensione magnetica da assegnare al traferro è di conseguenza elevata, così come la resistenza magnetica.
Essa è approssimativamente il prodotto del campo magnetico e della larghezza del traferro d:
\(U_{magnetisch,Luftspalt}=H_{Luft}\cdot{d}=\frac{B}{\mu_0\mu_{Luft}}\cdot{d}\).
La tensione magnetica della bobina (con nucleo in ferro), invece, è:
\(U_{magnetisch,Spule}=H_{Spule}\cdot{L}=\frac{B}{\mu_0\mu_{Eisen}}\cdot{L}\).
Il flusso magnetico è lo stesso nel nucleo di ferro e nel traferro. Esso attraversa la sezione trasversale A ed è
\(\Phi=B\cdot{A}\).
Per la resistenza magnetica della bobina con nucleo in ferro vale quindi quanto segue:
\(R_{magnetisch,Spule}=\frac{U_{magnetisch,Spule}}{\Phi}=\frac{1}{\mu_0\mu_{Eisen}}\cdot\frac{L}{A}\).
Mentre la resistenza magnetica del traferro è data da:
\(R_{magnetisch,Luftspalt}=\frac{U_{magnetisch,Luftspalt}}{\Phi}=\frac{1}{\mu_0\mu_{Luft}}\cdot\frac{d}{A}\)
Più "lungo" è un elemento del circuito magnetico in serie, maggiore è la resistenza magnetica associata.
Maggiore è la permeabilità μ
e l'area della sezione trasversale del componente A,
minore è la resistenza magnetica.
Così come le resistenze dei componenti collegati in serie in un circuito elettrico devono essere sommate per ottenere la resistenza totale del circuito, anche la resistenza magnetica totale del circuito magnetico mostrato si ottiene sommando le resistenze magnetiche dei singoli componenti. Per la bobina ad anello con traferro illustrata vale quindi quanto segue:
\(R_{magnetisch}=R_{magnetisch,Spule}+R_{magnetisch,Luftspalt}\).
Sia nel caso elettrico che in quello magnetico, attraverso le resistenze cade una tensione proporzionale alla rispettiva resistenza.
I componenti magnetici possono anche essere collegati in parallelo.
In questo caso, le resistenze magnetiche si sommano reciprocamente, come in un circuito elettrico in parallelo.
Ciò significa che la resistenza totale è ridotta dal collegamento in parallelo rispetto ai singoli componenti.
Autore:
Dott. Franz-Josef Schmitt
Il dottor Franz-Josef Schmitt è fisico e direttore scientifico del corso pratico avanzato di fisica all'università Martin-Luther di Halle-Wittenberg. Ha lavorato alla Technische Universität di Berlino dal 2011 al 2019, dove ha diretto diversi progetti pedagogici e il laboratorio di progetti di chimica. Le sue ricerche si concentrano sulla spettroscopia di fluorescenza risolta nel tempo su macromolecole biologicamente attive. Inoltre è il direttore di Sensoik Technologies GmbH.
Dott. Franz-Josef Schmitt
Il dottor Franz-Josef Schmitt è fisico e direttore scientifico del corso pratico avanzato di fisica all'università Martin-Luther di Halle-Wittenberg. Ha lavorato alla Technische Universität di Berlino dal 2011 al 2019, dove ha diretto diversi progetti pedagogici e il laboratorio di progetti di chimica. Le sue ricerche si concentrano sulla spettroscopia di fluorescenza risolta nel tempo su macromolecole biologicamente attive. Inoltre è il direttore di Sensoik Technologies GmbH.
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