Was ist der Unterschied zwischen dem magnetischen H-Feld und dem B-Feld?

Wikipedia bietet eine mathematische Erklärung . Kann ich die intuitive bekommen? Ich möchte zum Beispiel ein Ferrit-Datenblatt verstehen . Diese haben normalerweise Graphen von H gegen B, und die Definition der Permeabilität hängt vom Verständnis der Beziehung von H und B ab.

Ich frage mich auch: Ich konnte viel über elektrische Felder lernen, bevor ich wusste, was "Felder" sind. Ich habe etwas über die Spannung und das Ohmsche Gesetz usw. gelernt, was ein Physiker mit einem Feld erklären könnte, was der Elektrotechniker jedoch mit einfacheren Begriffen erklärt, wie dem Unterschied zwischen zwei Punkten in einer Schaltung. Gibt es eine ähnliche, einfachere Erklärung für H-gegen-B-Felder, die für den Elektrotechniker von größerer Relevanz ist als für den Physiker?

H ist die treibende Kraft in Spulen und beträgt Amperewindungen pro Meter, wobei der Zählerteil die Länge des Magnetkreises ist. In einem Transformator ist es einfach, diese Länge zu bestimmen, da 99% des Flussmittels im Kern enthalten sind. Eine Spule mit einem Luftkern ist schwierig, wie Sie sich vorstellen können.

Ich denke an B als Nebenprodukt von H und B wird durch die Permeabilität des Kerns größer.

In der Elektrostatik entspricht E (elektrische Feldstärke) H (magnetische Feldstärke) und ist etwas einfacher zu visualisieren. Seine Einheiten sind Volt pro Meter und ergeben auch eine andere Größe, die elektrische Flussdichte (D), multipliziert mit der Permittivität des Materials, in dem es vorliegt:

$\dfrac{B}{H} = \mu_0\mu_R$ und

$\dfrac{D}{E} = \epsilon_0\epsilon_R$

In Bezug auf Ferritdatenblätter ist die BH-Kurve wichtig - sie gibt Aufschluss über die Permeabilität des Materials und hängt direkt davon ab, wie viel Induktivität Sie für eine Drahtwindung erhalten können.

Es zeigt auch an, wie viel Energie beim Umkehren des Magnetfelds verloren gehen könnte - dies ist natürlich immer dann der Fall, wenn Wechselstrom betrieben wird -, und nicht alle Domänen im Ferrit kehren zurück, um einen Durchschnitt von null Magnetismus zu erzeugen, wenn der Strom entfernt wird und beim Umkehren des Magnetfelds Gegenwärtig müssen die verbleibenden Domänen neutralisiert werden, bevor der Kernmagnetismus negativ wird - dies erfordert bei den meisten Ferriten eine geringe Energiemenge und führt zu dem Begriff Hystereseverlust.

Andere wichtige Diagramme in einem Ferritdatenblatt sind das Diagramm Permeabilität gegen Frequenz und Permeabilität gegen Temperatur.

Aufgrund meiner persönlichen Erfahrung mit der Entwicklung einiger Transformatoren finde ich sie gewunden, da ich mich bei jedem neuen Design an nichts anderes als an die Grundlagen zu erinnern scheine. Das ist ärgerlich Einheiten von H!

Kurze Version: Sowohl B als auch H kommen entweder von Magneten oder von Strom.

Eine (H) ist gerade "Amperewindungen" (nein: Andy ist richtig: Amperewindungen pro Meter), die andere (B) ist das H-fache der Permeabilität des Magnetkreises. Für Luft oder Vakuum ist dies 1, also B = H. Für Eisen ist B = Permeabilität (große Anzahl) * H.

(EDIT zur Verdeutlichung: Wie Phil sagt, ist B tatsächlich H * die Permeabilität des freien Raums: 1 in CGS-Einheiten und eine Konstante ( ) in SI-Einheiten. In beiden Systemen wird sie mit der "relativen Permeabilität" multipliziert. von magnetischen Materialien wie Eisen)$\mu_0$

Bei einem komplexeren Szenario wie einem Motor mit Eisenpolstücken, Eisenstangen in einem Rotor und Luftspalten hat jeder Abschnitt seine eigene Permeabilität, Länge und Fläche, sodass Sie Amperewindungen kennen und den magnetischen Fluss in jedem bestimmen können Bereich (zum Beispiel der Luftspalt zwischen Polen und Rotor) und damit das Drehmoment, das Sie vom Motor erwarten können, wird zu einem komplexen Abrechnungsprozess.

Sie können sich vorstellen, die Permeabilität zu erhöhen, um den Magnetfluss bei gleichem Strom zu erhöhen - und Sie haben Recht: Die BH - Beziehung ist nicht linear (oberhalb eines bestimmten B nimmt die Permeabilität ab (grob gesagt, wenn alle Magnetdomänen sind bereits ausgerichtet) - dies wird als Sättigung eines Magnetkerns bezeichnet - oder einer Komponente im Magnetkreis eines Transformators oder Motors.Wenn beispielsweise eine Komponente vor der anderen gesättigt ist, vergrößern Sie ihre Querschnittsfläche oder ändern Sie ihre Bei einigen Materialien hat die BH-Kurve auch eine Hysterese, dh das Material wird magnetisiert und speichert den vorherigen Zustand.

Das Entwerfen magnetischer Kreise ist ebenso eine Kunst wie das Entwerfen elektrischer Kreise und wird zu oft vernachlässigt.

Sie sind nicht der erste, der sich von herkömmlichen Erklärungen zu B & H verwirren lässt, da sie sich auf praktische elektromagnetische Geräte wie Ferrit-Induktionskerne beziehen. Ich hatte jahrelang Probleme mit den Standarderklärungen für die Art von B & H und deren Anwendung in solchen Geräten. Meine Rettung kam aus einem einzigen Kapitel in einem weitgehend vergessenen Buch, das ich vor etwa zwanzig Jahren in einem Antiquariat erlebt habe. Ich glaube, das Buch ist jetzt online im PDF-Format verfügbar. Probieren Sie Google Books aus. Der Name des Buches ist "The Magnetic Circuit" von V. Karapetoff und erschien um 1911 - ja, vor über 110 Jahren! Dennoch waren die magnetischen Prinzipien zu dieser Zeit gut verstanden und die Terminologie hat sich in den vergangenen Jahrzehnten im Wesentlichen geändert.

Wenn Sie Kapitel 1 sehr sorgfältig lesen, werden Sie mit einem sehr praktischen Verständnis des Magnetfelds und all seiner schönen Eigenschaften und seiner arkanen Terminologie gesegnet, die heute noch gebräuchlich sind (z. B. Magnetokraft, Permeanz, Reluktanz, Fluss vs. Flussdichte) , etc.) Die restlichen Kapitel sind ebenfalls interessant, aber nicht so gut dargestellt wie Kapitel 1, das ich als Glanzstück einer technischen Ausstellung verehre.

Es hilft auch Ihrem Verständnis, wenn Sie ein paar einfache Luftspulen konstruieren, mit denen Sie experimentieren können, um die grundlegenden Konzepte besser zu verstehen. Verwenden Sie einen Funktionsgenerator, um die Spulen anzusteuern, und eine kleinere Spule, um das Magnetfeld zu erfassen und es auf einem Oszilloskop anzuzeigen. Die angetriebenen Spulen sollten einen Durchmesser von ca. 6-12 Zoll und die Erfassungsspule einen Durchmesser von ca. 1/2 Zoll haben. Eine Frequenz von 1000 Hz ist ausreichend. Wenn Sie wirklich ehrgeizig sind, sollten Sie die Ringspule bauen, die der Autor als seine Hauptspule verwendet Fahrzeug der Erklärung.

Abschließend erkläre ich B & H wie üblich: Der einfachste Stromkreis ist eine Batterie mit einem parallel geschalteten Widerstand. Das Ohmsche Gesetz kann allein aus dieser einfachen Anordnung von drei Elementen - Spannungsquelle, Widerstand und Draht - zusammen mit einem Voltmeter und einem Amperemeter gelernt werden. B & H kann analog aus dem einfachsten Magnetkreis gelernt werden. Dies ist ein Draht, durch den ein Strom (Wechselstrom oder Gleichstrom) fließt.

Das durch den Strom erzeugte Magnetfeld umgibt den Draht mit einer zylindrischen Formation von Flusslinien. "M" ist die magnetomotorische Kraft, die der Spannung der Batterie im Beispiel des Ohmschen Gesetzes entspricht. "B" ist die Stärke des resultierenden Magnetflussfeldes, das durch diese magnetomotorische Kraft M um den Draht gebildet wird, und ist analog zu dem elektrischen Strom "I" in dem Ohmschen Gesetz-Beispiel. Der "Widerstand" ist die Permeabilität der Luft, die den Draht umgibt. Die umgebende Luft bildet einen "kollektiven" oder "verteilten" Magnetwiderstand um den Draht. Dieser "Magnetwiderstand" gibt ein Verhältnis des erzeugten Flusses "B" für eine gegebene Antriebskraft (dh magnetomotorische Kraft) "M" vor, die wiederum proportional zu dem Wert des durch den Draht fließenden Stroms ist. ganz ähnlich wie Ohms Law. Leider können wir keine "Magnetwiderstände" kaufen, die unseren Vorstellungen entsprechen. Es gibt auch kein "Magnetomotive Force Meter", das unserem handlichen Voltmeter von Digikey entspricht. Wenn Sie das Glück haben, einen "Flussmesser" zu haben, können Sie den "B" -Wert der den Draht umgebenden Flusslinien messen. Stellen Sie sich also vor, wie Sie das Ohmsche Gesetz aus der oben beschriebenen einfachen Batterie-Widerstands-Schaltung entziffern würden, wenn Sie nur mit einem Amperemeter arbeiten müssten und den Wert des Widerstands oder die Spannung der Batterie nicht kennen würden. Es wäre eine ziemlich rätselhafte intellektuelle Übung! Dies ist die größte praktische Belastung, die beim Erlernen von Magnetkreisen zu bewältigen ist - wir haben einfach nicht die grundlegenden magnetischen Messinstrumente, die wir für Elektrizität haben. Wir können keine "Magnetwiderstände" in einem Wert kaufen, der unseren Vorstellungen entspricht. Es gibt auch kein "Magnetomotive Force Meter", das unserem handlichen Voltmeter von Digikey entspricht. 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Ahhhh, aber niemand kann es genau so auslegen wie der gute alte Karapetoff - wer auch immer er war und wo immer er jetzt ruht!

$B = \mu_c\times H$

$\mu_c$

H ist die Magnetfeldstärke und ist eine absolute Größe.

Aus meiner Sicht ist H das Magnetfeld, das durch den Strom in der Spule verursacht wird. Es wird davon ausgegangen, dass kein ferromagnetischer Kern eingesetzt ist. Wenn ein ferromagnetischer Kern eingesetzt wird, wird das Magnetfeld im Kern stärker, und es bestand daher die Notwendigkeit, dieses Nettomagnetfeld mit B zu beschreiben. Da eine Unterscheidung erforderlich war, wurde H als Feldstärke und B als Feldstärke bezeichnet Flussdichte.

Ich denke, H ist eine absolute Größe, die sich nicht mit dem Material ändert und bei gleicher Ableitungskraft (z. B. stromführender Draht oder Magnet) konstant bleibt. Der Wert von B hängt jedoch vom Material ab. Der Wert von B hängt davon ab, wie stark magnetisch Linienfeld, durch das jedes Material hindurchtreten kann. Dabei ist mu_0 ein Umrechnungsfaktor, der das insgesamt angelegte Magnetfeld H (das absolut ist) mit Feldlinien in Beziehung setzt, die jedes Material durchlässt (das von Material zu Material unterschiedlich ist).