Caratteristica di magnetizzazione

Il valore di μ nei materiali magnetici non è costante, ma varia in funzione del livello di induzione B a cui si trova il materiale. La caratteristica B-H non è perciò lineare.


Per ricavarla sperimentalmente supponiamo di avere un anello di materiale ferromagnetico, come in fig. 4.2, sul quale siano avvolte uniformemente N spire in serie di resistenza trascurabile. Inizialmente la bobina non è percorsa da alcuna corrente; si porta poi la corrente al valore I: una generica linea di induzione all’interno del materiale sarà dunque sottoposta ad una corrente concatenata A pari a N*I; l’intensità del campo sarà allora

L’impulso di tensione misurato ai capi della bobina durante la variazione di corrente fornisce direttamente la variazione del flusso concatenato oc, da cui si ricava il valore di

Si aumenta ancora la corrente portandola al valore 2I; l’intensità del campo raggiunge il valore 2H, mentre un nuovo impulso di tensione fornisce il valore di ΔΦ, e quindi di ΔB, che si aggiunge al precedente valore di B. Si ripete questa procedura portando l’intensità del campo successivamente ai valori 3H, 4H, ecc. I diagrammi di fig. 4.2 rappresentano i risultati di tale misura.

Fig 4.2 – Rilievo della caratteristica di un materiale ferromagnetico

Costruendo un nuovo diagramma nel quale si riportano i valori di corrispondenti a ciascun valore di H, si ottiene l’intera caratteristica magnetica (fig. 4.3).

La scelta del valore di Hm, raggiunto il quale si decide di terminare la prova, è arbitraria.

Si deve osservare che, per bassi valori del campo H, alla variazione H corrisponde un forte impulso di tensione, e quindi una elevata variazione di induzione, mentre, per valori di H elevati, lo stesso aumento H produce modeste variazioni di B; tutti i materiali ferromagnetici si comportano in questo modo, e la loro curva presenta sempre un ginocchio, oltre il quale si dice che il materiale è in saturazione.

In pratica converrà progettare i circuiti magnetici in modo da realizzare valori di B prossimi al ginocchio della curva di magnetizzazione: con induzioni inferiori il materiale magnetico non sarebbe adeguatamente sfruttato, mentre con induzioni troppo elevate sarebbe richiesta una eccessiva corrente di magnetizzazione.

Fig 4.3 – Tracciamento per punti della caratteristica magnetica

In fig. 4.4 il tratto di curva 0-A rappresenta la caratteristica magnetica appena ricavata, detta caratteristica di prima magnetizzazione.

Dopo aver portato il materiale alla saturazione (punto A della caratteristica), si prosegue l’esperienza riducendo progressivamente il valore della corrente (e quindi di H) fino a zero. I successivi impulsi di tensione indotta sono questa volta negativi, e permettono di calcolare la diminuzione di B corrispondente a ciascuna diminuzione di H.

La curva così rilevata non coincide con la curva 0-A, ma risulta più alta (tratto A-C di fig. 4.4). La differenza tra le due curve prende il nome di isteresi.

Quando il valore di H è ridotto a zero, il valore di B rimane uguale a B,  (induzione residua). Per annullare l’induzione è necessario applicare un campo inverso pari ad Hc (campo coercitivo; tratto C-D di fig. 4.4).

Aumentando il valore negativo di fino a –Hmax si raggiunge la saturazione in senso opposto (tratto D-E), ed infine, riportando gradualmente il valore di H a zero e poi a valori positivi crescenti, si descrive il tratto E-F-G-A della curva.

Fig 4.4 – Ciclo d’isteresi del materiale magnetico

Si è descritto in tal modo un ciclo chiuso detto ciclo di isteresi. Adottando valori diversi per H max si descrivono cicli di ampiezza diversa. L’area racchiusa dal ciclo di isteresi rappresenta un’energia per unità di volume che si dissipa in calore scaldando il materiale.

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