Tirs Fuentes i Tejero

Fuentes i Tejero, Tirs

Hemeroteca Cientifica Catalana

ELS MODERNS MATERIALS MAGNETICS EN qualsevol industria eléctrica es necessari emprar sovint peces de fer-ro al voltant de les quals es col-loquen bobines formades de fil de cou-re per on passa el corrent eléctric, i, d'aquesta forma, produir un camp mag-nétic determinat. Hom sap que tot conductor travessat per un corrent eléctric adquireix la virtut eléctrica—com anomená ARAGÓ 1 la propietat del corrent de crear un camp magnétic a l'entorn del conductor i en tota la seva longitud—i que aquesta virtut s'augmenta extraordináriament "su-mant" els efectes de diversos conductors elementáis: d'aixó naixeren les bobines. El camp magnétic així obingut s'augmenta, encara, fent que el flux produit peí corrent tingui un cami fácil o permeable, i, a tal efecte. hom empra el ferro, metall altament apte al fenomen d'imantació. Aqües-tes peces de ferro anojiienades nuclis ix)den ésser d'una sola peqa o de plan-xes primes apilades de forma convenient. El motiu de fer els nuclis de plan-xes primes, rarament de gruix suprior a 0,5 mm, obeeix a la necessitat d'evitar en la massa la formació de corrents parásits que gasten energía eléctrica sense profit. No es cap secret per ais electricistes que després d'un'temps de pas-sar un corrent eléctric per una bobina amb nucli de ferro, aquest s'escalía de manera notable i, ádhuc, pot assolir temperatures perilloses per a les parts no metál-liques de la máquina. Descartant Yefecte Joule 2, comú a tot eos travessat peí corrent eléctric i que consisteix en la conversió de Telectricitat en calor, hom constata en el ferro una resistencia—inercia— a deixar-se imantar amb la rapidesa del pas del corrent a través del conductor magnetitzant. En virtut d'aquest fenomen, anomenat Jiistéresi, la quan-titat de magnetisme induit és menor que el corresponent a la forqa mag-netitzant; la diferencia entre el magnetisme indu'it i Tinductor—treball en ñ*—es transforma en corrents eléctrics induits en la massa metál-lica, els quals provoquen l'escalfament del ferro per efecte Joule. Tota variació de corrent en un conductor determina instantániament una variació del flux magnétic que l'envolta i aquesta variació de flux provoca corrents 1 Doménec Francesc ARAGÓ, nat l'any 1786 prop de Perpinyá; erudit i home d'Estat, célebre, principalment, pels seus treballs en la física i, de manera remarca-ble, en la determinado del "metre" , base del nostre sistema de mesures "decimal". 2 Jacob JOULE, va néixer a Salford (Anglaterra) el 24 de desembre de l'any 1818, Eli establí la llei de la producció de calor peí pas d un corrent eléctric. C I E N C I A ^37 eléctrics en totes les masses metáUiques travessades peí flux magnétic. Els corrents així produíts es propaguen en sentit perpendicular al sentit del flux magnétic que els engendra; dit daltra manera: els corrents d'in-ducció (puix a aixó és deguda l'aparició deis corrents parásits) teñen sem-pre direcció oposada ais corrents generadors, d'acord amb la llei de Lenz *., (;o que equival a dir que si el corrent de la bobina magnetitzant va en el sentit de les agulles del rellotge ( = dextorsum), el corrent induit en el ferro tindrá direcció contraria ( = sinixtorsum). No cal, de moment, en-trar en altres consideracions. . saoofll IQ.QOA Cor be* dt jotrmeétilitiit* per ¿ ¥00 ptritts forcé* mdfnehtzjnts 500 too too o Ferro mj^niric Fpff* m*fr\tt\t%é»t H o-Ji 9.01 0.01 00^ dos loe M) Fig. 1 Com que tot corrent eléctric necessáriament té de produir un treball equivalent al seu valor intrínsec, el corrent induit en un nucli es trans-formará en calor, com ja deixem dit, o sigui en pura pérdua; d'ací ve la necessitat de formar els nuclis de ferro—en el sentit de llur major di-mensió, la llargada, que coincideix precisament amb la direcció del f l u x -de fulles.primes recobertes de paper per una cara, o bé vernissades, i d'a-questa manera reduir la massa transversal a una reunió de porcions min-ses que intercepten el camí de propagació deis corrents parásits. Daquesta Enríe Frederic Emih LENZ, naixe a Depart (Alemanya) lany 1804 i morí a Roma lany 1865. Fou professor de física a la Universitat de Petroerad (avui Lenin-grad). 638 G I E N C I A guisa, hom evita bastant la pérdua d'energia per corrents de Foucault 4— així denomináis per haver estat aquest fisic el primer a donar una expli-cado raonada del íenomen—. Val a dir ara que, en molts casos, es conve-nient de provocar, en lloc d'evitar, el fenomen de corrents de Foucault; tal es, per exemple, el cas deis frens que duen nombre d'aparells de mesu-ra eléctrics, per evitar o esmorteir oscil-lacions mecániques deis sistemes móbils. Hem parlat de la forma de reduir les pérdues per corrents parásits i ooooo 05OOO 90000 Mi 000 >&ooo toooo C-5 0OO toooo 55000 bO.bOO * 4 00t> «0.0 00 34 000 10.000 tí.000 20.000 15000 10000 5,000 /* C o r b í s / A / f A' de p e r m e a b i l i t d t u^j^L V - _ ^ " \ ^ ^ B 5 6 ? 8. » '0 Fig. 2 Corbes completes de permeabilitat hem vist que la reducció es obtinguda per la simple formado deis riuclis amb fulles primes, puix que les pérdues per corrents de FOUCAULT crei-xen amb el gruix de la planxa emprada. Ara ens cal veure la. reducció de Yefecte d'histcrisi. Hom sap que per mantenir una inducció donada, caldrá produir una forga magnetitzant determinada. Hi han ferros que requereixen major forga magnetitzant que altres per a un camp d'igual intensitat. Aquesta 4 Lleó FOUCAULT, metge i notable íísic francés. Inventa, en 1850, el celebre pen-dol amb el qual demostrá experimentalment la rotació de la té r ra ; fou el primer a idear un mecanisme automátic regulador de 1'ences.a deis "ares voltaics tan «sais fins 1914. C I E N C I A 03Q diferencia de fotx-a magnetitzant ve imposada per la resistencia magné-tica o reluctancia deis ferros, la qual es inversament proporcional a llur permeabilitat \x. Aquesta arriba a valors altes amb induccions baixes; pe-ro disminueix rápidament a mesura que augmenta la inducció. De forma que hom arriba a un limit, passat el qual la inducció s'estaciona, ene que la forqa magnetitzant augmenti fortament. Aleshores hom diu que el fer-ro está satarat. Aquesta saturació és encalcada, amb bones planxes mag-nétiques, vers els 22000 gauss per cmq, pero rarament hom depassa en la práctica les induccions de 15000 gauss/cmq. Cal teñir en compte—com ha estat dit—que son necessáries grans forces magnetitzants per obtenir grans induccions, o sigui que hom necessita major nombre d'amper-voltes específics com mes gran sigui el camp magnétic requerit. A mesura 8.0001 Fig. 3 Corba de magnetització que hom augmenta la inducció específica, augmenta també la pérdua per corrents de FOUCAULT i per histéresi, car ambdues son directament pro-porcionáis a la inducció, com es desprén de les formules següents P: Pérdua per histerisi f í B V 6 Eh==*h loo'VlÓÓÓ'J V watt no h 0,8 a 1 0,001o / =s freqüéncia. „ z= coeficient de STEINMETZ variable amb la qualitat del material '"' UÜTTK. Vol, 11, pág. 1 <:<)(/. 6 Caries Proteus STEINMETZ, naf a Breslau (Alemanya) el 9 d'abril de lany 1865. Dona un gran impuls a Telectrotécnia contribuint eficagment a la matematitza-ció de Telectricitat, principalment en l'estndi deis corrents alternatius i de les altes tensions. 640 C I E N C I A magnétic i compres entre 0,0015, per al ferro dol<;, i 0,03 per al níquel. B = inducció especifica. V ss volum del mlaterial magnétic en dm3. Pérdua de FOUCAULT * = ' '01™ .liar)2 v watt on a = 1,0 a 1,5 o s± gruix de la planxa en mm. els simbols restants com a la fórmula anterior. És, dones, evident, la importancia que té en la práctica la reducció de 8000 Fig. 4 Corba de magnetització les causes de la pérdua i aixó justifica els esfor^os deis especialistes vers la descoberta de nous materials magnétics, que en acostar-se el mes possi-ble al material ideal de pérdues nul-les, millorin les condicions 'de treball de les maquines eléctriques i quedi reduit, per tant, el preu de fabricado i d'entreteniment, principalment tractant-se de maquines de corrent al-ternatiu i de dispositius i mecanismes sotmesos a fortes variacions de flux magnétic. Repetidament hem dit que la materia preferentment emprada en la construcció de nuclis magnétics era el ferro i en les maquines de qualitat, el ferro suec. La causa d'usar preferentment el ferro suec resideix en la C I E N C I A 641 major puresa d'aquest ferro, el qual assoleix alta permeabilitati—o siguí reducció de reluctancia— que permet, no solament reduir les pérdues per histéresi i corrents parásits, sino un notable estalvi de coure en la cons-trucció deis debanats, per rao del menor nombre d'amper-voltes requerits per a una inducció predeterminada. Malgrat els nous procediments d'ob-tenció de ferros económics—Bessemer, Thomas i Siemens-Martin—ha calgut subjectar-se al caríssim procediment d'obtenció del ferro suec—que en fi de comptes es el procediment antiguíssim de "farga catalana" 8—, car resultava mes económic que la construcció de maquines amb ferro d'iníe-rior qualitat. El ferro suec, pero, no dona, encara, satisfacció per a mol-¡6.000 12.000 8.000 4.000 0 B 1 Ferro m*$nefr<. Per maNojr H f»0. 60. «0. Fig. 5 Corba de magnetització tes aplicacions eléctriques—en telegrafía i corrent d'altíssima freqüéncia, per exemple—i ha calgut dirigir els treballs de recerca vers altres via-ranys per tal de resoldre tan important problema. Des del comenqament del present segle, hom ha estudiat sistemática-ment la manera d'obtenir materials magnétics quasi perfectes partint de la idea que aquests for<;osament havien d'ésser fornits per al-liatges a base de ferro, donat que cap deis cossos simples magnétics no és capag, de bon tros, d'acomplir totes les condicions exigibles a un bon material apli-cable a tots els usos de la moderna industria eléctrica. Hom havia observat, a les darreries de la dinovena centuria, que Fad-clició de níquel a un ferro magnétic augmentava extraordináriament la permeabilitat i que aquesta variava amb la proporció del níquel. Aixó féu "Química Generar ' , per J. R. de LüANCO. 642 C I E N C I A pensar, de seguida, en la possibilitat de trobar una proporció óptima que dones el grau adequat de permeabilitat al metall binari ferro-níquel. Abans, ]>eró, d'assajar les méseles de ferro i níquel, hom havia experimentat amb el grup silici-ferro arribant a fer molt diverses combinacions de les quals citem les següents: M A T E P I A L Ferro suec (terme de comparado) Aliatge "Lowhys" (1901) 9 Acer silícic "Stalloy" (1903) 10 ••• Aliatge ferro-silici (1916) n Permeabilitat máxima #¿ 2800 28O0 3600 4OOOO Histeiesi en ergs per cmc|periode B = 10.000 3400 34OO 2IOO 300 Fig. 6 Corbes d'histérisi Els notables resultáis obtinguts amb els aliatges esmentats, principalment amb Túltim, han estat encara superáis amb la felic, troballa deis aliatges ferro-níquel coneguts amb el nom de Perma.v 12, a Franca, i Permalloy a Anglaterra. Ei Permalloy, o siguí "aliatge permeable", está compost de 78,5 % de níquel i 21,5 % de ferro i té la notabilissima propietat de no perdre les seves qualitats magnétiques ni a temperatures superiors a 8oo°C i, per tant, queda suprimit el "módul d'envelliment" de les planxes magnéti-The lilcctrical Journal, marg 1921. Patent Hadfield americana. Laboratori de Recerques Westinghouse. Jour. de Phys., setiembre 1925. ¡ilectrical Comimicatión, abril 1924. C I E N C I A 643 ques. Hom sap que el ferro deixa d'ésser magnétic a temperatura ca, 725°C i no reprén la seva facultat magnética fins refredat quasi a la tem-peratura ambient; i, encara aleshores, hom constata una notable perdua de la seva susceptibilitat magnética o siguí que ha envellit. De la diversitat de mostres fetes per tal de determinar la proporció millor del Permalloy, sembla que és l'emprada en la construcció d'aparells telefonics i cables telegrafíes i és la que correspon a l'análisi de la mostra 0.2 O.) ©.«. 0.5 FÍR. 7 Corbes obtingudes amb les dades de la fig. 2 següent, obtinguda per la mésela de níquel comercial i ferro de dinamos fosos íntimament en el forn d'inducció "Northrup" : : Níquel Ferro Carbó Silici Plora Sofre Manganés Cobalt Coure Ni Fe C Si P s Mn Co Cu 78,23 2i,35 0.04 0,03 traces o,035 0,22 o,37 0,10 644 C I E N C I A Els altres composants diferents del ferro i del níquel han estat tro-bats, naturalment, després de la preparació. D'aquestes impureses, és principalment perjudicial el carboni i hom cerca d'eliminar-ne tot vestigí per mitjá de tractaments especiáis ja emprats habitualment en la prepa-ració del ferro magnétic. Hom ha constatar., pero, que el tractament tér-mic perllongat, que sempre resulta car, no surt tan a compte com la pre-sencia d'aquestes petites impureses dins Taliatge, donat que no és neces-sari un refinament excessiu per a la majoria d'aplicacions del nou mate-rial magnétic. La gran permeabilitat inicial del permalloy, fig. i, el fa particular-ment apte ais usos mes normáis de Telectrotécnica i, principalment, de la construcció de transformador eléctrics. La fig. 2 ens dona les corbes com-pletes de permeabilitat per al nou metall i per al ferro magnétic, i ens demostra la importancia práctica de la nova al-ligació. Noti's l'enorme permeabilitat ((j, = 87000) assolida amb induccions properes a 6000 gauss 1 compari's amb la permeabilitat corresponent'al ferro de la mateixa grá-fica. Les figs. 3, 4 i 5 ens completen el coneixement del permalloy. Examinant aqüestes figures hom constata la gran susceptibilitat mag-nética del nou material, QO que significa un estalvi molt considerable de forga magnetitzant per a baixes induccions normalment emprades en la práctica. De la comparanza de les gráfiques fig. 3 amb les de fig. 4 i 5 hom treu la conclusió important que 1'al-ligació ferro-níquel, en la proporció donada, no té cap avantatge sobre el ferro magnétic usual a altes induc-cions; cal, pero, teñir present que, en la generalitat deis casos, no és ne-cessari forcar les seccions de nucli amb el nou aliatge, com cal fer amb el ferro per rao d'economia en la fabricació, peí motiu que, amb el per-malloy, hom guanya amb escreix el major cost d'aquest amb l'economia important de coure que significa el petit valor d'amper-voltes requerit per a una mateixa inducció (fig. 7), sempre que aquesta es trobi, per al per-malloy, en la regió óptima de permeabilitat; hom guanya, també, el major cost deis nuclis de permalloy, amb el major rendiment eléc-tric de la máquina construida amb la nova aligado, per me-tí u de la disrninució de la importancia del treball del cicle d'histéri-si, fig. 6, i, per tant, del calor perdut per aquesta causa. La pérdua per histéresi, deduida d'aquesta gráfica, és 30 vegades menor per al perma-lloy que la corresponent al ferro de la mateixa gráfica; i en igual relació es troben el nombre d'amper-voltes requerides per produir la inducció máx. de 5000 gauss/cmq que marca el punt de retrocés del cicle d'histé-risi. Peí qué acabem de veure, les al-ligacions magnétiques al ferro-níquel C I E N C I A 645 son altament aptes per a construccions económiques de les maquines eléctriques; no solament per a les grans maquines fixes, sino de manera particular per a la fabricació de tota mena d'enginys transportables, com equips de soldadura eléctrica, electricitat médica (raigs X, etc.), tracció eléctrica de grans i petites unitats (trens i automóbils), i moltes altres menes de maquines de gran potencia i poc pes, i de menor preu per unitat de forqa. TIRS FUENTES 1 TEJERO 

Els moderns materials magnètics

http://revistes.iec.cat/index.php/ciencia/article/download/83388/83087

Els moderns materials magnètics

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Hemeroteca Cientifica Catalana