¿Cómo calcular la corriente requerida y las especificaciones para que una "bobina húmeda" genere x Tesla de campo magnético?

Un proyecto de gestión del agua requiere una "bobina húmeda" (la bobina se sumergirá en un medio acuoso) diseñada para generar un campo electromagnético de estado estacionario de densidad de flujo magnético ajustable en el centro. La bobina será helicoidal con un núcleo hueco (enrollado en un cilindro perforado de nailon utilizado como formador). El diámetro interior de la bobina debe estar entre 6 y 12 centímetros, digamos 8 cm para ponerle un número.

Me gustaría entender cómo calcular la cantidad de vueltas necesarias y la corriente que debe pasar a través de la bobina para generar una densidad de flujo magnético específica.

En este contexto, el rango requerido es de 0,1 Tesla a 1 Tesla, pero prefiero entender el método que el resultado. Además, si hay algún recurso / producto comercial sugerido para mirar, tanto para bobinas como para controladores, los consejos serían muy útiles.

Mi formación está más orientada hacia la electrónica y el software analógico y digital banal, que hacia los fenómenos electromagnéticos o la física aplicada. Aunque aprendí electricidad y magnetismo básicos hace 2 décadas, todo eso está muy oxidado. Por lo tanto, me disculpo si mi pregunta deja demasiados espacios en blanco, hágamelo saber y modificaré la pregunta en consecuencia.

Respuestas (2)

Aquí hay una aproximación de lo que está tratando de hacer. El campo magnético dentro de un solenoide está dado por (de Wikipedia ) B = m norte I dónde m es la permeabilidad del medio (presumiblemente agua en su caso), norte es el número de vueltas por unidad de longitud axial, y I es el actual El valor máximo de norte está determinado por el grosor del cable que está utilizando. Este proveedor vende alambre magnético de hasta calibre 12, que para una envoltura de una sola capa produce norte = 468 . La permeabilidad del agua es muy parecida a la del vacío, así que utilice m = 4 π ⋅ 10 − 7 H ⋅ metro − 1 .

Lograr el campo mínimo deseado de 0,1 Tesla requiere una corriente de 170 amperios que probablemente esté mucho más allá del rango de funcionamiento seguro para un cable de calibre 12. Ahora bien, esto es un problema de ingeniería. Puede buscar un cable más grueso y también envolver varias capas para reducir la corriente requerida. Si el agua fluye, eso ayudará a mantener el cable fresco, pero estar sumergido exige una cuidadosa consideración del aislamiento eléctrico. Aquí hay algunos epoxis para encapsular productos electrónicos, aunque sospecho que hay muchas otras opciones disponibles. Con suerte, los enlaces proporcionados ayudarán a iluminar qué palabras clave usar en su investigación.

Una vez que tenga una idea de qué tipo de cable usar (y su resistencia), y también la corriente máxima que le gustaría ejecutar, puede usar PAG = I 2 R para estimar la potencia que necesitará. Entonces puede comenzar a comprar una fuente de alimentación de CC.

¡Un campo de 1 Tesla es enorme!

A los miembros senior: pido disculpas de antemano si fue de mal gusto vincular a los proveedores.

Entonces, si entiendo bien esto, ¿la única opción razonable podría ser un devanado de 5 a 10 capas? ¿No afectaría eso también negativamente a la densidad de flujo, en comparación con un devanado de una sola capa?
Sin duda necesitará usar varias capas. En el caso ideal, una carga segura de 9 amperios en 12 AWG exigirá casi 20 capas solo para obtener 0,1 T. Necesita un cable más grueso y de mayor corriente. La parte más difícil será averiguar si hay algún cable disponible que pueda hacer lo que necesitas. Un cable más grueso puede transportar más corriente, pero el grosor adicional reduce norte , lo que aumenta la corriente que necesita. Puede ser útil hacer una hoja de cálculo de varias corrientes requeridas para un rango de calibres de cable estándar, luego llame para ver si algún proveedor tiene un cable que pueda satisfacer sus requisitos.
Información útil: 1 2
¡Gracias por toda la ayuda! Veamos hasta dónde llega esto, dadas las preocupaciones.

Un hombre sabio dijo una vez: "¡Un campo de 1 Tesla es enorme!" Debe considerar usar un núcleo de hierro, con el agua entre las piezas polares. Varian es el primer proveedor que me viene a la mente.

Desafortunadamente, el núcleo de hierro no es una opción, el diseño de la planta de procesamiento no es mío.
DE ACUERDO. Bueno, la ecuación B = unI es para un solenoide de capa delgada. Consulte utc.edu/Faculty/Tatiana-Allen/magfield.html el campo depende del diámetro de la bobina, por lo que cada capa agregada es menos efectiva. La integral de 1/d no llega a cero, por lo que al menos -podrías- obtener una T con un solenoide arbitrariamente grande. Esta podría ser una tarea divertida para usted: dada una capacidad establecida de corriente por cm cuadrado para alambre de cobre, resuelva el tamaño del solenoide necesario para generar 1T. Será ENORME.
Y -entonces- (!) tienes que cuestionar la capacidad actual por cm cuadrado del cobre. Eso le dará una solución para el tamaño frente al campo, pero el límite real es la temperatura más alta en la bobina de cobre. Entonces, ahora debe resolver la conducción térmica desde una fuente puntual de calor dentro de una masa sólida de cobre hasta la superficie exterior, y usar la resistividad del cobre para obtener un nuevo límite de corriente (por sección transversal de cm cuadrado).
¿Cómo calcular la corriente requerida y las especificaciones para que una "bobina húmeda" genere x Tesla de campo magnético?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v