Como dice la pregunta, estoy tratando de descubrir cómo puedo calcular la fuerza de atracción entre el campo magnético de un solenoide (bobina) y un objeto ferromagnético. Supongo que de alguna manera deberíamos calcular la fuerza entre el campo magnético del solenoide y el campo inducido del objeto ferromagnético si no me equivoco. Hasta ahora no he encontrado ninguna fórmula en línea capaz de hacer esto.
Tomemos como ejemplo una barra de hierro con un diámetro de 12 mm y una longitud de 4 cm. Estamos hablando de un solenoide de CC con, digamos, valores simples: 25 devanados de cable AWG 12 y solo una bobina de una sola capa. Pasará una corriente de 2000A a través de la bobina. El objeto se coloca horizontal a la bobina con una distancia de 2 cm.
¡Cualquier ayuda sobre cómo abordar este problema sería apreciada!
Es un problema muy difícil de resolver. Hay soluciones simples solo para unas pocas geometrías muy simples.
El mejor enfoque analítico es a través del trabajo y la energía, fuerza = d(energía)/d(distancia).
A medida que retira el hierro del campo, está realizando un trabajo, que es igual a la fuerza que aplica multiplicada por la distancia recorrida. Esta energía que suministra se almacena en el nuevo campo magnético y, dependiendo de cómo maneje la bobina, parte puede entregarse al circuito externo (cómo funciona un generador).
Entre las muchas incógnitas están cuál es el campo en todos los puntos y cómo cambia el campo cuando se mueve la armadura.
La geometría más simple de resolver es la fuerza requerida para abrir un circuito magnético cerrado, por ejemplo, las cerraduras eléctricas que se ven a menudo en las puertas de control de acceso, ya que conocemos con precisión el área de los polos y el flujo en ellos, y descuidamos flujo en el aire. La fuerza se puede calcular como una 'presión' multiplicada por el área del polo, la presión proporcional al flujo al cuadrado. IIRC, 1Tesla da una presión de 4 bar, puedo estar equivocado acerca de los 4, pero no estoy equivocado en órdenes de magnitud (comente con la cifra correcta si sabe o si puede molestarse en calcularla). Puede resolver esto desde los primeros principios utilizando el enfoque de trabajo anterior, utilizando la energía almacenada en el espacio de aire recién creado.
Deberá obtener su cálculo de integración 3D o iniciar un solucionador FEMM para cualquier geometría más complicada. Probablemente sea más fácil simplemente construir y medir. La fuerza será proporcional a la corriente al cuadrado, hasta que llegue a la saturación. ¡Sí, la saturación es una complicación adicional!
Yo tuve el mismo problema. Soy un estudiante de grado 12 y he estado haciendo mi tarea en esta situación exacta.
La forma en que resolví este problema es que tomé la ecuación F = BIL sin (theta) y calculé la fuerza de atracción entre el imán y una "capa" de cable (una capa es una bobina completa alrededor del solenoide) Usé la fórmula calculando la longitud del cable efectivo a una distancia del imán y luego calculó la intensidad del campo magnético en ese punto porque, como supondría, la intensidad del campo será más fuerte en los cables más cercanos al imán en comparación con los cables más lejanos lejos. Repetí este cálculo para cada capa de alambre y luego sumé la fuerza experimentada por cada capa porque es una cantidad vectorial. Sin embargo, esto solo funciona si el imán es circular porque las líneas de campo interactuarán con el cable a 90 grados, lo que hace que sin(theta) sea igual a 1.
No tengo idea de si alguien alguna vez resolvió este problema de la misma manera, pero mi experimento estuvo muy cerca de esta teoría propuesta (los datos estaban un poco errados porque la amplitud que proporcioné al solenoide nunca se mantendría constante).
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