Histeresis Magnetik

Kelambatan atau penundaan bahan magnet yang biasa dikenal sebagai Histeresis Magnetik, berkaitan dengan sifat magnetisasi suatu bahan yang pertama kali menjadi magnet dan kemudian de-magnetisasi (tidak lagi menjadi magnet).

Kita tahu bahwa fluks magnet yang dihasilkan oleh kumparan elektromagnetik adalah jumlah medan magnet atau garis gaya yang dihasilkan di dalam area tertentu dan itu lebih sering disebut “Kerapatan Fluks”. Diberikan simbol B dengan satuan kerapatan fluks adalah Tesla atau T.

Kita juga mengetahui dari tutorial sebelumnya bahwa kekuatan magnet elektromagnet bergantung pada jumlah lilitan kumparan, arus yang mengalir melalui kumparan atau jenis bahan inti yang digunakan, dan jika kita meningkatkan arus atau jumlah ternyata kita dapat meningkatkan kekuatan medan magnet, simbol H.

Sebelumnya, permeabilitas relatif, simbol μr didefinisikan sebagai rasio permeabilitas absolut μ dan permeabilitas ruang bebas μo (ruang hampa) dan ini diberikan sebagai konstanta. Namun hubungan antara kerapatan fluks, B dan kekuatan medan magnet, H dapat ditentukan oleh fakta bahwa permeabilitas relatif, μr bukanlah suatu konstanta melainkan fungsi dari intensitas medan magnet sehingga memberikan kerapatan fluks magnet sebagai: B = μ H.

Kemudian kerapatan fluks magnet dalam material akan meningkat dengan faktor yang lebih besar sebagai hasil dari permeabilitas relatifnya untuk material dibandingkan dengan kerapatan fluks magnet dalam ruang hampa, μoH dan untuk kumparan inti udara hubungan ini diberikan sebagai:

Jadi untuk bahan feromagnetik rasio kerapatan fluks terhadap kekuatan medan (B / H) tidak konstan tetapi bervariasi dengan kerapatan fluks. Namun, untuk kumparan inti udara atau inti medium non-magnetik seperti kayu atau plastik, rasio ini dapat dianggap sebagai konstanta dan konstanta ini dikenal sebagai μo, permeabilitas ruang bebas, (μo = 4.π.10- 7 H / m).

Dengan memplot nilai-nilai kerapatan fluks, (B) terhadap kekuatan medan, (H) kita dapat menghasilkan sekumpulan kurva yang disebut Kurva Magnetisasi, Kurva Histerisis Magnetik atau lebih umum Kurva B-H untuk setiap jenis material inti yang digunakan seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Magnetisasi atau Kurva B-H

Kumpulan kurva magnetisasi, M di atas merupakan contoh hubungan antara B dan H untuk inti besi lunak dan baja tetapi setiap jenis bahan inti akan memiliki kumpulan kurva histeresis magnetisnya sendiri. Anda mungkin memperhatikan bahwa kerapatan fluks meningkat sebanding dengan kekuatan medan sampai mencapai nilai tertentu seandainya tidak dapat meningkat lagi menjadi hampir rata dan konstan karena kekuatan medan terus meningkat.

Ini karena ada batasan jumlah kerapatan fluks yang dapat dihasilkan oleh inti karena semua domain dalam besi selaras dengan sempurna. Peningkatan lebih lanjut tidak akan berpengaruh pada nilai M, dan titik pada grafik di mana kerapatan fluks mencapai batasnya disebut Saturasi Magnetik yang juga dikenal sebagai Saturasi Inti dan dalam contoh sederhana di atas titik jenuh kurva baja. dimulai pada sekitar 3000 ampere-putaran per meter.

Saturasi terjadi karena seperti yang kita ingat dari tutorial Magnetisme sebelumnya yang mencakup teori Weber, susunan acak acak dari struktur molekul di dalam bahan inti berubah saat magnet molekul kecil di dalam materi menjadi "berbaris".

Sebagai kekuatan medan magnet, (H) meningkatkan magnet molekul ini menjadi semakin selaras sampai mencapai keselarasan sempurna menghasilkan kerapatan fluks maksimum dan setiap peningkatan kekuatan medan magnet karena peningkatan arus listrik yang mengalir melalui kumparan akan sedikit. atau tidak berpengaruh.

Retentivitas

Mari kita asumsikan bahwa kita memiliki kumparan elektromagnetik dengan kekuatan medan tinggi karena arus yang mengalir melaluinya, dan bahwa bahan inti feromagnetik telah mencapai titik jenuhnya, kerapatan fluks maksimum. Jika sekarang kita membuka sakelar dan melepaskan arus magnetisasi yang mengalir melalui kumparan, kita akan mengharapkan medan magnet di sekitar kumparan menghilang saat fluks magnet berkurang menjadi nol.

Namun, fluks magnet tidak sepenuhnya hilang karena bahan inti elektromagnetik masih mempertahankan sebagian magnetnya bahkan ketika arus berhenti mengalir di koil. Kemampuan kumparan untuk mempertahankan sebagian magnetisme di dalam inti setelah proses magnetisasi berhenti disebut Retentivitas atau remanensi, sedangkan jumlah kerapatan fluks yang masih tersisa di inti disebut dengan Residual Magnetism, BR.

Alasan untuk ini adalah bahwa beberapa magnet molekuler kecil tidak kembali ke pola yang benar-benar acak dan masih menunjuk ke arah medan magnet asli yang memberi mereka semacam "memori". Beberapa bahan feromagnetik memiliki retentivitas tinggi (keras secara magnetis) sehingga sangat baik untuk menghasilkan magnet permanen.

Sedangkan bahan feromagnetik lainnya memiliki retentivitas rendah (magnetis lembut) sehingga ideal untuk digunakan pada elektromagnet, solenoida atau relai. Salah satu cara untuk mengurangi kerapatan fluks sisa ini menjadi nol adalah dengan membalik arah arus yang mengalir melalui kumparan, sehingga nilai H kekuatan medan magnet menjadi negatif. Efek ini disebut Kekuatan Koersif, HC.

Jika arus balik ini ditingkatkan lebih lanjut, kerapatan fluks juga akan meningkat ke arah sebaliknya sampai inti feromagnetik mencapai kejenuhan lagi tetapi dalam arah sebaliknya dari sebelumnya. Mengurangi arus magnet, i sekali lagi ke nol akan menghasilkan jumlah magnet sisa yang sama tetapi dalam arah sebaliknya.

Kemudian dengan terus-menerus mengubah arah arus magnetisasi melalui kumparan dari arah positif ke arah negatif, seperti yang terjadi pada suplai AC, loop Histerisis Magnetik inti feromagnetik dapat dihasilkan.

Loop Histeresis Magnetik

Loop Histerisis Magnetik di atas, menunjukkan perilaku inti feromagnetik secara grafis karena hubungan antara B dan H tidak linier. Dimulai dengan inti yang tidak termagnetisasi, B dan H akan berada di nol, titik 0 pada kurva magnetisasi.

Jika arus magnetisasi, i dinaikkan ke arah positif ke beberapa nilai, kekuatan medan magnet H meningkat secara linier dengan i dan kerapatan fluks B juga akan meningkat seperti yang ditunjukkan oleh kurva dari titik 0 ke titik a saat mengarah ke saturasi.

Sekarang jika arus magnet dalam kumparan dikurangi menjadi nol, medan magnet yang beredar di sekitar inti juga berkurang menjadi nol. Namun, fluks magnet kumparan tidak akan mencapai nol karena adanya sisa magnetisme di dalam inti dan ini ditunjukkan pada kurva dari titik a ke titik b.

Untuk mengurangi kerapatan fluks pada titik b ke nol kita perlu membalikkan arus yang mengalir melalui kumparan. Gaya magnet yang harus diterapkan ke nol kerapatan fluks sisa disebut "Gaya Koersif". Gaya koersif ini membalikkan medan magnet yang mengatur ulang magnet molekul sampai inti menjadi tidak termagnetisasi pada titik c.

Peningkatan arus balik ini menyebabkan inti dimagnetisasi ke arah yang berlawanan dan peningkatan arus magnetisasi ini selanjutnya akan menyebabkan inti mencapai titik jenuhnya tetapi pada arah yang berlawanan, titik d pada kurva.

Titik ini simetris dengan titik b. Jika arus magnetisasi berkurang lagi ke nol, sisa magnetisme yang ada di inti akan sama dengan nilai sebelumnya tetapi sebaliknya pada titik e.

Sekali lagi membalikkan arus magnetisasi yang mengalir melalui kumparan kali ini ke arah positif akan menyebabkan fluks magnet mencapai nol, titik f pada kurva dan seperti sebelumnya meningkatkan arus magnetisasi lebih jauh ke arah positif akan menyebabkan inti mencapai titik jenuh pada titik tersebut. Sebuah.

Kemudian kurva B-H mengikuti jalur a-b-c-d-e-f-a karena arus magnetisasi yang mengalir melalui kumparan bergantian antara nilai positif dan negatif seperti siklus tegangan AC. Jalur ini disebut Loop Histerisis Magnetik.

Efek histeresis magnet menunjukkan bahwa proses magnetisasi inti feromagnetik dan oleh karena itu kerapatan fluks bergantung pada bagian kurva mana inti feromagnetik dimagnetisasi karena hal ini bergantung pada sirkuit masa lalu yang memberikan inti bentuk "memori". Kemudian bahan feromagnetik memiliki memori karena tetap termagnetisasi setelah medan magnet luar dilepas.

Namun, bahan feromagnetik lunak seperti besi atau baja silikon memiliki loop histeresis magnetik yang sangat sempit sehingga menghasilkan sejumlah kecil sisa magnet sehingga ideal untuk digunakan dalam relai, solenoida, dan transformator karena dapat dengan mudah dimagnetisasi dan didemagnetisasi.

Karena gaya koersif harus diterapkan untuk mengatasi magnet sisa ini, pekerjaan harus dilakukan dalam menutup loop histeresis dengan energi yang digunakan dihamburkan sebagai panas dalam bahan magnet. Panas ini dikenal sebagai rugi histeresis, besarnya kerugian bergantung pada nilai gaya koersif material.

Dengan menambahkan zat aditif ke logam besi seperti silikon, bahan dengan gaya koersif yang sangat kecil dapat dibuat dengan lingkaran histeresis yang sangat sempit. Bahan dengan loop histeresis sempit mudah termagnetisasi dan mengalami kerusakan magnetik dan dikenal sebagai bahan magnet lunak.

Loop Histeresis Magnetik untuk Material Lunak dan Keras

Histeresis Magnetik menghasilkan disipasi energi yang terbuang dalam bentuk panas dengan energi yang terbuang sebanding dengan luas lingkaran histeresis magnetik. Kerugian histeresis akan selalu menjadi masalah pada trafo AC dimana arusnya terus berubah arah dan dengan demikian kutub magnet pada inti akan menyebabkan rugi-rugi karena arahnya terus menerus berbalik arah.

Kumparan berputar di mesin DC juga akan menimbulkan kerugian histeresis karena mereka secara bergantian melewati kutub magnet selatan ke utara. Seperti yang dikatakan sebelumnya, bentuk loop histeresis bergantung pada sifat besi atau baja yang digunakan dan dalam kasus besi yang mengalami pembalikan magnet secara besar-besaran, misalnya inti transformator, penting bahwa loop histeresis BH adalah sebagai sekecil mungkin.

Dalam tutorial berikutnya tentang Elektromagnetisme, kita akan melihat Hukum Induksi Elektromagnetik Faraday dan melihat bahwa dengan memindahkan konduktor kawat dalam medan magnet stasioner, dimungkinkan untuk menginduksi arus listrik dalam konduktor yang menghasilkan generator sederhana.