UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
CONVERSÃO DE ENERGIA Faculdade de Engenharia Elétrica
1º Relatório Professor: Augusto W. Fleury Veloso da Silveira
Histerese e Curva de Magnetização Lucas Ramos Cardoso
11011EEL025
CONVERSÃO DE ENERGIA Histerese e Curva de Magnetização
Conteúdo 1 – Introdução ............................................................................................ 3 2 – Teoria ................................................................................................... 4 3 – Conclusão ............................................................................................. 9 4 – Referências ......................................................................................... 10
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CONVERSÃO DE ENERGIA Histerese e Curva de Magnetização
1 – Introdução Estuda os princípios e os processos de conversão de energia elétrica em mecânica e viceversa. Portanto, podemos afirmar que a conversão envolve a troca de energia entre um sistema mecânico e um sistema elétrico através de um campo de acoplamento, que pode ser de origem elétrica ou magnética. Para isso desenvolve meios para a obtenção dos modelos dos transdutores eletromecânicos, que se desenvolvem em três partes como a elétrica, mecânica e eletromecânica. Um dos principais motivos para a energia ser convertida na forma elétrica, é devido à facilidade de transmissão de energia e pelo processamento. Este relatório tem como objetivo apresentar os pontos principais da curva de magnetização, da relação com o material ferromagnético, e de seus domínios magnéticos.
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2 – Teoria Curva de magnetização em corrente contínua (B x H) Suponhamos que, inicialmente temos uma bobina com núcleo de ar, aplicando um aumento da corrente elétrica I a força magnetizante H aumentará para um valor dado por:
O fluxo Φ e a densidade também aumentam à medida que I e H aumentam. Veja a Figura 1, obtido experimentalmente:
Figura 1
Nota-se a relação Φ e I são lineares, ou seja, o aumento de Φ é diretamente proporcional ao aumento de
I.
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CONVERSÃO DE ENERGIA Histerese e Curva de Magnetização Inserindo um núcleo de material ferromagnético no interior da bobina, que inicialmente não está magnetizado e a corrente I é nula, seus domínios estão distribuídos de forma aleatória e o campo magnético total em qualquer direção é zero.
Figura 2 - Domínios magnéticos desalinhados
Aplicando sobre esse material, os mesmos valores de corrente I na bobina de núcleo de ar, o fluxo magnético Φ toma valores muito maiores quando comparados com o núcleo de ar, isso se deve à contribuição de seus átomos, que são na realidade, pequenos imãs. Os domínios alinham-se, segundo as linhas de força do campo magnético H , produzido pela corrente elétrica I .
Figura 3- Domínios magnéticos alinhados
Se o campo externo aplicado for suficientemente intenso, todos os domínios orientarão nessa direção e daí em diante, qualquer aumento do campo externo não causará aumento na magnetização do material. Nesse caso diz-se que o material atingiu a saturação.
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Figura 4
A partir do ponto de saturação, a linha do gráfico na figura 4 fica, então, paralela à linha correspondente à bobina com núcleo de ar, ou seja, qualquer aumento adicional na corrente através da bobina aumentando H =NIL resulta em um aumento muito pequeno na densidade de fluxo. Se reduzirmos a intensidade de campo magnético aplicada ao material ferromagnético até zero, poderíamos esperar que a densidade de fluxo magnético também voltasse ao seu valor original, zero. Entretanto, isso não ocorrerá. Quando a intensidade de campo magnético for zero, haverá ainda um magnetismo residual na amostra de material ferromagnético. Quando o campo magnético externo é retirado, os momentos magnéticos dos domínios voltam a se desalinhar, porém parte deles mantém o novo alinhamento obtido quando da aplicação do campo magnético externo. Na verdade, quando o campo externo foi aplicado, energia foi introduzida no material, e o mesmo sofreu uma nova reestruturação. Para mudar isto necessitamos de mais energia. Uma parte dessa energia provém do próprio material quando alguns de seus domínios
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CONVERSÃO DE ENERGIA Histerese e Curva de Magnetização voltaram ao seu alinhamento original. Porém, para voltar à situação de magnetismo resultante zero, um campo magnético reverso deve ser aplicado sobre o material. Se a intensidade de campo magnético H for variada de zero até um valor positivo, desse valor positivo até um valor negativo, passando por zero, e do valor negativo até zero, obteremos uma curva característica denominada ciclo de histerese, mostrada na figura 5. O fenômeno da histerese magnética é definido como o atraso causado na variação de B, devido a uma variação em H.
Figura 5
Pontos importantes do ciclo de histerese:
Densidade de fluxo residual (remanente) - BC . É a densidade de fluxo que permanece, mesmo após H ter sido retirado. Também é chamada de retentividade.
Força Coercitiva - HC - Representa a intensidade de campo magnética necessária para se obtiver B = 0 (ou seja, eliminar o campo remanente). Também é chamada de coercitividade.
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CONVERSÃO DE ENERGIA Histerese e Curva de Magnetização A inversão de orientação dos domínios precisam superar o atrito e a inércia. Ao fazer isso, dissipam certa quantidade de potência na forma de calor, que é chamada de perda por histerese. Em determinados materiais, a perda por histerese é muito grande. O ferro doce é um exemplo. Já no aço, esse tipo de perda é menor. Esse tipo de problema também aumenta junto com a frequência do sinal. A histerese produz-se devido ao gasto de energia para inverter os dipolos durante uma mudança de campo eletromagnético. Os materiais ferromagnéticos podem ser classificados como:
Macios - apresentam um ciclo de histerese estreito (fácil magnetização)
Duros - apresentam ciclos de histerese largos (difícil magnetização).
Para finalizar esta seção, devemos observar que se a relação entre M e H, x , fosse realmente linear (e lembrando que B = µ H), a relação entre B e H deveria ser uma linha reta, e não um laço. Na verdade, a simples definição de µ como sendo a relação entre B e H é um tanto quanto sem significado, pois, como podemos ver a partir do ciclo de histerese, ela pode assumir infinitos valores. Assim, para completar a nossa definição de curva de magnetização e permeabilidade µ, devemos dizer que a curva de magnetização é obtida tomando-se os valores máximos positivos de B e H em vários ciclos de histerese (o primeiro variando de zero a um valor de H, o segundo de zero a um valor de H um pouco maior, e assim por diante). A permeabilidade µ é definida como sendo a relação entre B e H nessa curva de magnetização.
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3 – Conclusão Na curva de histerese, percebemos que os valores de fluxo mangnético será mais intenso para materiais ferromagnéticas, devido a contribuição de seus átomos, que se alinham quando aplicado um campo externo. Analisamos também, o fenômeno da histerese magnética que é definido como o atraso causado na variação de B, devido a uma variação em H. Ao fazer isso, dissipam certa quantidade de potência na forma de calor, que é chamada de perda por histerese. Portanto, os materiais ferromagnéticos podem ser classificados como macios ou duros, determinando o nível de magnetização.
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4 – Referências http://professores.unisanta.br/santana/downloads%5CTelematica%5CMicroondas_1%5C Eletromagnetismo%5Ccap18.pdf http://ferroeletricos.com/comportamento_ferroeletrico.html http://cienciahoje.uol.com.br/colunas/do-laboratorio-para-a-fabrica/histeresemagnetica-perdas-e-ganhos http://www.feelt.ufu.br/pastas/Ciencia_e_Tecnologia_dos_Materiais/Apostila___CTM__ _PARTE_2.pdf BOYLESTAD, R.L. Introdução à análise de circuitos. Tradução: José Lucimar do Nascimento; revisão técnica: Antonio Pertence Junior. 10. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2004. 828 p. 3. reimpressão, fev. 2008. Tradução de Introductory circuit analysis, tenth edition.
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