Магнитное поле через ферромагнетик

[jast321]

Добрый день. Помогите пожалуйста разобраться в следующем.
Берем металлическуй (железо) пламтинку 15х15 и толщина 1мм. И магнит (у меня электромагнит- небольшой соленой).
Приближаем магнитс одной из строн. Магнит примагничивает пластинку.
Доменная структура феромагнетика начинает увеличиваться- те области магнитные моменты которых направле по полю магнита. А области которые направлены против поля магнита будут уменьшаться. Результирующее поле между магнитом и стороной пластинки увелисивается. Пластинка примагничивается. Здесь понятно.

Не пойму, почему с противоположной стороны пластинки не возникает такого поля, которое будет равно векторной сумме поля магнита и доменов (такое же как со сторы магнита)? Ведь если домены создают поле со стороны магнита, которое направлена "в домен" т.е. по направлению поля магнита, то с противоположной стороны доменной области оно должно изходить (примерно как колечко с током, создающее мп).
Однако, с противоположной стороны пластинки возникает слабое мп, как будто оно "вязнет" в пластике. Непойму.

[rustot]

Поле в ферромагнетике это НЕ поле которое было до его появления помноженное на магнитную проницаемость.

Пропорционален ли вектор намагниченности полю? Да. Полю внешнему? Нет. Он пропорционален сумме полей и внешнего и того что создано самой намагниченностью.

Короче и поле вектора намагниченности и соответственно поле магнитной индукции расползаются по пластине в стороны а не проходят сквозь нее по прямой

Чтобы представить как будет приближенно выглядеть магнитное поле, представьте что магнит это батарейка, воздух это слегка подсоленная вода с небольшой проводимостью, а ферромагнетик это металл с большой проводимостью - как при таком раскладе распределится плотность тока в такой среде с неоднородной проводимостью вот так же примерно распределится и магнитное поле

[jast321]

Значит ферромагнетик искажает поле. Все же через эту пластинку чуть проходит, если взять потолше ,то уже нет.
Выговорите, что оно расползается по пластине ферромагнетика. Аналогию представил.
Получается , если пластинка будет в разы больше (например 100х100 см) , то поле расползется по всей пластинке?
И чем больше площадь ферромагнетика, тем вектор магнитной индукции выше (возле противоположного полюса)?

[rustot]

Оно расползется в стороны по пластине немного и потом выйдет обратно по пути к другому полюсу магнита. "Срежет путь" по сравнению с теми более пологими дугами, по которым оно шло до появления пластины. Какая то часть все таки "проткнет" пластину но быстро вернется обратно в нее по более короткой дуге

Если вы соедините полюса магнита железной подковой, то почти все поле и "срежет путь" от полюса до полюса по ней. Но поскольку проницаемость железа не бесконечна, а воздуха (и вакуума) не нулевая, то все таки какая то небольшая часть всегда пойдет в том числе и через воздух

Но есть еще и такая штука как насыщение - проницаемость железа резко упадет при достижении поля в нем некоего порога. То есть вы не сможете замкнуть полюса магнита какой то очень тонкой железной фольгой, тогда через нее из за насыщения пойдет лишь небольшая часть суммарного потока

[jast321]

В общих чертах понятно.
Можно кое что попробовать уточнить? Я попробовал нарисовать результирующий вектор (из примера с пластинокой). Если схематически изобразить магнит и приложенную к ней пластинку, и допустим отступить 7см от полюса магнита по плоскости пластинки в право, и выбрать на поверхности точку, то получилось так, что:

вектор внешнего поля (созданный магнитом) будет направлен вниз к противоположному полюсу магнита (почти перпендикулярно относительно плоскости , т.к. будет небольшой угол от магнита от того что в линии мп магнита "имеются " дуги).
Результирующий вектор(сумма векторов) намагниченности будет направлен также перпендикулярно вниз (с небольшим углом, НО в направлении противоположного м полюса магнита , т.к. поле будет "срезать путь" к нему).
Тогда получается, что вектор , который образуется самой намагниченностью по правилу сложения векторов направлен вниз, но угол наклона к магниту еще больше.
Я ошибаюсь, или вектор поля намагниченности каким то образом может быть так направлен в выбранной точке?

[rustot]

Я вот даже не скажу. "Прикинуть" тут достаточно сложно, поскольку это система с обратными связями. Представим что намагниченность изначально строго пропорциональна внешнему полю. Но поле создаваемое суммарно в том числе этой намагниченностью уже не соответствует самой намагниченности. Подправим намагниченность под полученное суммарное поле - но в итоге суммарное поле опять изменилось и опять нужно подправлять. В итоге, если подправлять мелкими шажками то можно прийти к ситуации когда намагниченность соответствует полю ей же создаваемой в сумме в внешним полем - вот таким в итоге поле и окажется. Есть допустим готовые программки которые эту задачу решают и рисуют результат, часто он очень неожиданный и противоречит интуиции

Простой пример - как поведут себя две стрелки компаса (аналог двух магнитных доменов) попав в однородное магнитное поле. Ответ что сориентируются вдоль поля может быть неправильный с учетом того какой вклад в это поле вносят сами стрелки

[jast321]

Понятно. Видел такие програмки, только с электрическим полем.

А если рассмотреть трансформатор (например тороидаль), то это получается, сердечник трансформатора нужно делать как можно меньшего диаметра (есстественно, чтобы нужное количество витков вместилось), т.к. чем он меньше, тем меньше магнитного потока будет "замыкаться" через воздух? Это же тоже можно считать потерями. Когда говорят про такой параметр как "индуктивность рассеяния"- это оно и есть ?

Да и не только тороидальный, а все типы трансформаторов.

[rustot]

Сечение сердечника выбирают исходя из того, чтобы он не входил в насыщение и из за этого часть магнитного потока не сворачивала через воздух в обход и сердечника и соответственно витков. Максимум ограничен чисто экономией металла.

Да, индуктивность рассеяния это как раз о том поле которое через витки одной катушки проходит а витки другой огибает. Она есть в любом случае потому-что проницаемость окружающего сердечник пространства нулевой не бывает

Допустим проницаемость сердечника в 1000 раз больше чем у воздуха. Но если прямоугольный сердечник имеет длину километр, то полю проще свернуть и пройти сантиметр между сторонами по воздуху с проницаемостью 1 чем обходить 2 километра с проницаемостью 1000, суммарное "сопротивление" во втором случае будет больше. В этом случае индутивность рассеяния будет значительной, несмотря на то, что сердечник далек от насыщения. И в нормальных компактных сердечниках она тоже всегда есть, просто может оказаться совсем микроскопической

[jast321]

Мне теперь стало ясно, что зазор в сердечнике трансформатора (например бумажная прокладка), нужен для того, что бы некоторая часть мпотока "отходила" от магнитопровода и замыкалась через воздух с полюсом. Одновременно оставшаяся часть потока продолжает "двигаться" дальше по магнитопроводу. Таким образом можно сдвинуть насыщение сердечника в область более высоких токов через катушку.


Читал книгу по работе импульсным источникам питания. В ней об механизме образования индуктивности рассеяния сказано не было. Только то что она есть.
Точно помню, было написано, что энергия трансформатора сосредоточена в зазоре.
Не ясно почему так сформулировано, если зазор нужен не для запаса энергии? Я тогда так и не понял.

[rustot]

Зазор просто уменьшает среднюю магнитную проницаемость. Если проницаемость материала сердечника 10000 но вы сделали зазор шириной в 1/10000 от полной длины магнитопровода, то это эквивалентно замене материала сердечника на другой, с проницаемостью 5000. Подбирать ширину зазора (в единичном производстве) проще чем подбирать материал сердечника

[jast321]

Ясно. Можно в некотором смысле считать, сто зазор создает сопротивление магнитному потока. Хотч наверное с точки зрения физических процессов это не совсем верно.
Скажите, ведь получается, что увеличивач зазор, увеличивается индуктивность рассеяния (т.к. магнитные линии все больше замыкаются через воздух). Большая индуктивность рассеяния нежелательна, т.к. может привести к выбросам напряжения и всяким колебательным процессам, при гашении которых буде выделяться тепло. Например в схеме блока питания с трансформатором.
Тогда выходит, что надо както искать золотую середину?

[Dmitriy40]

Есть ещё причина создания зазора: исключение насыщения магнитопровода. Иногда это важнее точных параметров дросселя/трансформатора - не сгорят дорогие коммутирующие элементы. Процитирую не слишком надёжный источник:

Зинин Юрий писал(а):

Это позволяет исключить насыщение сердечника, уменьшить потери мощности в нем, увеличить ток катушки и обеспечить ряд других преимуществ.
...
Когда по обмотке дросселя или первичной обмотке трансформатора низкой частоты, кроме переменной составляющей, протекает еще и постоянный ток, то индуктивность обмотки уменьшается. Чтобы избавиться от этого явления, в сердечнике делают воздушный зазор, длина которого зависит от размеров сердечника, индуктивности обмотки и силы постоянного тока, проходящего по обмотке.

Для ферритовых материалов это малоактуально, там этот зазор как бы "размазан" по всему сердечнику.

[EUgeneUS]

Dmitriy40 в сообщении #1304593 писал(а):

Есть ещё причина создания зазора: исключение насыщения магнитопровода.

Можно сказать, что это - единственная причина. Как указано в приведенной Вами цитате, это наиболее актуально, если через обмотку течет ток с большой постоянной составляющей.

Dmitriy40 в сообщении #1304593 писал(а):

Для ферритовых материалов это малоактуально, там этот зазор как бы "размазан" по всему сердечнику.

Это далеко не так. Да, существуют современные ферромагнитные материалы, с так называемым, распределенным зазором. Но далеко не все ферромагнитные материалы такие.

jast321 в сообщении #1304537 писал(а):

Скажите, ведь получается, что увеличивач зазор, увеличивается индуктивность рассеяния (т.к. магнитные линии все больше замыкаются через воздух).

Да, поэтому магнитный зазор делают в той части сердечника, которая находится внутри обмотки.

jast321 в сообщении #1304537 писал(а):

Большая индуктивность рассеяния нежелательна, т.к. может привести к выбросам напряжения и всяким колебательным процессам, при гашении которых буде выделяться тепло.

Не совсем так. Нежелательные колебательные процессы связаны с паразитными емкостями.

jast321 в сообщении #1304537 писал(а):

Тогда выходит, что надо както искать золотую середину?

Да. Как она ищется - см. литературу по конструированию импульсных БП.

[Dmitriy40]

EUgeneUS в сообщении #1304625 писал(а):

Как указано в приведенной Вами цитате, это наиболее актуально, если через обмотку течет ток с большой постоянной составляющей.

Не только, в импульсных источниках питания постоянной составляющей нет, а вот защита от слишком резкого возрастания тока может быть (чтобы компаратор тока успел сработать и закрыть транзистор).

[rascas]

Dmitriy40 в сообщении #1304657 писал(а):

в импульсных источниках питания постоянной составляющей нет

В некоторых импульсных источниках питания в есть постоянная составляющая тока. И магнитный поток в трансформаторе (либо катушки индуктивности) хотя и изменяется, но направлен всегда в одну сторону.