¿Los imanes con el mismo rendimiento y volumen tienen la misma fuerza magnética? En internet se dice que la fuerza magnética de los imanes de NdFeB es 640 veces su propio peso. ¿Es esto creíble?
Esta pregunta puede ampliarse, es decir, qué factores influyen en la fuerza de succión de los imanes. En primer lugar, conviene aclarar que los imanes solo ejercen fuerza de succión sobre materiales ferromagnéticos. A temperatura ambiente, solo existen tres tipos de materiales ferromagnéticos: hierro, cobalto, níquel y sus aleaciones. No existe fuerza de succión sobre materiales no ferromagnéticos.
En Internet se pueden encontrar algunas fórmulas para calcular la fuerza de succión:
F=k*B²*S/2
F=0,577*S*B²
¿Son precisas estas fórmulas? La respuesta es inexacta, pero la tendencia es correcta. La magnitud de la fuerza de succión de un imán está relacionada con la intensidad del campo magnético y el área de adsorción. A mayor intensidad del campo magnético, mayor área de adsorción y mayor fuerza de succión.
La siguiente pregunta es: ¿los imanes del mismo volumen, planos, cilíndricos y delgados, tienen la misma fuerza de succión? Si no, ¿cuál tiene la mayor fuerza de succión?
En primer lugar, es cierto que la fuerza de succión no es la misma. ¿Cuál es la mayor? Debemos relacionarla con la definición del producto máximo de energía magnética. Cuando el punto de trabajo del imán está cerca del producto máximo de energía magnética, el imán tiene la mayor energía de trabajo. La fuerza de adsorción del imán también es una manifestación del trabajo, por lo que la fuerza de succión correspondiente también es la mayor. Cabe destacar que el objeto a atraer debe ser lo suficientemente grande como para cubrir completamente el tamaño del polo magnético, de modo que se puedan ignorar el material, el tamaño, la forma y otros factores del objeto atraído.
¿Cómo determinar si el punto de trabajo del imán se encuentra en el punto de máxima producción de energía magnética? Cuando el imán se adsorbe directamente con el material a atraer, su fuerza de adsorción se determina por la magnitud del campo magnético del entrehierro y el área de adsorción. En un imán cilíndrico, por ejemplo, cuando H/D ≈ 0,6, su centro Pc ≈ 1 y se encuentra cerca del punto de trabajo de máxima producción de energía magnética, la fuerza de succión es máxima. Esto también concuerda con la regla de que los imanes suelen diseñarse con formas relativamente planas como adsorbentes. En el imán N35 D10*6, la simulación FEA permite calcular que la fuerza de succión de la placa de hierro adsorbida es de aproximadamente 27 N, que casi alcanza el valor máximo de imanes del mismo volumen, que es 780 veces su propio peso.
Los imanes cuadrados son similares a los circulares. Al adsorberse directamente al material, el centro Pc≈1, es decir, se encuentra cerca del punto de trabajo del producto de energía magnética máxima, y la fuerza de succión alcanza el valor máximo de imanes del mismo volumen, como 10*10*6,5 o 15*10*8.
Por supuesto, lo anterior se refiere únicamente al estado de adsorción de un solo polo del imán. Si se trata de magnetización multipolar, la fuerza de succión será completamente diferente. La fuerza de succión de la magnetización multipolar será mucho mayor que la de la magnetización unipolar (suponiendo que la distancia al objeto adsorbido sea pequeña).
¿Por qué cambia tanto la fuerza de succión de un imán del mismo volumen tras ser magnetizado con múltiples polos? Esto se debe a que el área de adsorción S permanece invariable, mientras que la densidad de flujo magnético B a través del objeto adsorbido aumenta considerablemente. En el diagrama de líneas de fuerza magnética a continuación, se observa que la densidad de las líneas de fuerza magnética que atraviesan la lámina de hierro de un imán magnetizado con múltiples polos aumenta significativamente. Tomando como ejemplo el imán N35 D10*6, se aplica una magnetización bipolar. La fuerza de succión de la simulación FEA que adsorbe la placa de hierro es aproximadamente 1100 veces su propio peso.
Tras la transformación del imán en un imán multipolar, cada polo equivale a un imán más delgado, y su valor de Pc ha cambiado. Ya no se puede calcular según el valor de Pc del tamaño total. Por lo tanto, su tamaño óptimo ya no es H/D≈0,6, sino un imán más plano. El tamaño específico depende del método de magnetización multipolar y del número de polos.