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Solenoide spiegazione


blublu
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blublu

Buongiorno signori ho dei dubbi riguardo il campo magnetico di un solenoide. La teoria dice che un solenoude ha tutto il campo magnetico all'interno delle spire mentre all'esterno è nullo. Consideriamo un solenoide di lunghezza molto maggiore del diametro, come è possibile che il campo magnetico sia completamente concentrato all'interno e fuori nulla? Cioè le linee si devono chiudere, come è possibile questo? Sbagliano a spiegare? Poi vorrei capire anche come calcolare il campo magnetico in un punto P sull'asse esterno al solenoide, come in foto allegata, grazie signori spero mi possiate aiutare20240502_082851.thumb.jpg.3f6149a099f8b7ddecdf41f51f59b7dd.jpg

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rguaresc

Il campo magnetico è tutto all'interno solo in un solenoide toroidale, cioè come avvolto su un anello.
Per quello che hai disegnato è come dici tu c'è campo all'esterno per richiudere le linee.

In modo semplificato il campo H è dato dagli ampere totali (corrente per numero di spire) diviso lo sviluppo della linea di flusso.
Per il toroide
  N x I / circonferenza   A/m

 

per il solenoide aperto  si può calcolare il campo interno, si divide per la sola lunghezza perché la richiusura del flusso avviene sulla grande sezione esterna, di bassa riluttanza.

 

Per la precisione il valore del campo cambia da punto a punto e i calcoli che si possono fare a mano sono grossolani, approssimati. A mano non puoi tentare di calcolare il campo in quel punto P, dipende troppo da una geometria complessa.

 

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blublu
Il 2/5/2024 alle 09:51 , rguaresc ha scritto:

Il campo magnetico è tutto all'interno solo in un solenoide toroidale, cioè come avvolto su un anello.
Per quello che hai disegnato è come dici tu c'è campo all'esterno per richiudere le linee.

In modo semplificato il campo H è dato dagli ampere totali (corrente per numero di spire) diviso lo sviluppo della linea di flusso.
Per il toroide
  N x I / circonferenza   A/m

 

per il solenoide aperto  si può calcolare il campo interno, si divide per la sola lunghezza perché la richiusura del flusso avviene sulla grande sezione esterna, di bassa riluttanza.

 

Per la precisione il valore del campo cambia da punto a punto e i calcoli che si possono fare a mano sono grossolani, approssimati. A mano non puoi tentare di calcolare il campo in quel punto P, dipende troppo da una geometria complessa.

 

Grazie per la tua risposta, allora ti spiego molto brevemente il mio progettino, vorrei ricreare un trasmettitore di energia wireless molto piccolo, per sfizio personale. La teoria afferma che in campo vicino, la distanza ottimale corrisponde al diametro della bobina, ecco io vorrei almeno arrivare all'80% di efficienza al doppio del diametro della bobina, ti allego la foto di ciò che ho studiato da tempo, in foto è un modello nolto stilizzato con ciò che avevo in casa, allora i pennarelli sono i singoli elettromagneti, la plastica bianca è la guida magnetica in ferrite per convogliare le linee di campo, alla spira che in foto è il nastro nero. Gli elettromagneti servono a caricare e aumentare il campo magnetico della spira, e la spira funge da trasmettitore, il bicchiere è la gabbia in ferrite. Ecco secondo te considerando questo abbozzo posso riuscire nel mio intento?20240504_000454.thumb.jpg.976fd6ae226c1ad8f5c7015f1b609823.jpg

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Livio Orsini
18 minuti fa, blublu ha scritto:

vorrei ricreare un trasmettitore di energia wireless molto piccolo, per sfizio personale

 

Molto dipende dalla freqeunza; se stai su frequenze di qualche centinio di kHz il rendimento diventa accettabile. Basta osserva un'applicazione tipica come quella degli spazzolini elettrici per denti.

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blublu
5 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

 

Molto dipende dalla freqeunza; se stai su frequenze di qualche centinio di kHz il rendimento diventa accettabile. Basta osserva un'applicazione tipica come quella degli spazzolini elettrici per denti.

Ciao Livio grazie della tua risposta, allora ti spiego, io vorrei indurre corrente ad una distanza che è il doppio del diametro, quindi il diametro corrisponde a 30 cm e quindi distanza di 60 cm. Spero di arrivare ad una efficienza dell'80%, e so che la frequenza e la risonanza sono di scogli. Allora studio il caso in cui il ricevitore ha un circuito lc che risuona debolmente (picofarad di capacità) a 10 Hz, quindi dovrei usare un induzione di risonanza primaria in cui il risonatore è presente solo al trasmettitore. Per la frequenza vorrei provare con 10hz molto bassi, ma non escludo di portarla a 28 mhz, comunque calcolata in base alle onde evanescenti. Comunque sapendo che il problema principale è la direttivita difficilmente ottenibile con spire circolari, potrei aggiungere nuclei magnetici e gabbie laterali per guidare il flusso e la direttivita, spero che mi possiate aiutare perlomeno ad indirzzarmi, anche perche la distanza è  solo il doppio del diametro

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Livio Orsini
8 ore fa, blublu ha scritto:

Per la frequenza vorrei provare con 10hz molto bassi,

 

10Hz a 60cm? se riesci a trasferire lo 1% della potenza irradiata sarebbe un risultato notevole. Già con 100 kHz non trasferiresti molto.

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blublu
14 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

 

10Hz a 60cm? se riesci a trasferire lo 1% della potenza irradiata sarebbe un risultato notevole. Già con 100 kHz non trasferiresti molto.

Buonasera Livio, si infatti come immaginavo, l'effetto pelle si fa sentire e a 10 Hz non ce mutua induzione. Io non vorrei arrivare a 1Mhz per non avere problemi alla salute, anche se i campi si aggirano ai milli ampere/metro. Quindi tutto il problema alla fine si riduce alla direttivita dei campi magnetici variabili per poter arrivare a 60 cm con almeno un efficienza accettabile. I campi magnetici si possono concentrare e guidare, attraverso le ferriti, però nel web ho appuntato due soluzioni per poter direzionare al meglio i campi, il primo link: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S143484112200187X  prevede l'allineamento adiacente di 3 bobine, e il secondo link: https://www.aalto.fi/en/news/going-the-distance-for-better-wireless-charging forse più promettente prevede l'adozione di trasmettitori a telaio in modo da "cancellare" i lobi laterali verso i lobi principale come le antenne direzionali insomma. In conclusione Livio quale è la migliore soluzione o se ce ne sono altre per poter concentrare i campi magnetici almeno per il doppio del diametro della bobina, o anche altre forme di bobina, io non riesco a trovare soluzioni, ma tu sei molto più esperto di me 

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Livio Orsini
9 ore fa, blublu ha scritto:

io non riesco a trovare soluzioni, ma tu sei molto più esperto di me 

 

No; conosco la teoria studiata a scuola molti decenni addietro, ho letto qualche cosa ed ho visto alcuni esempi pratici come il caricatore dello spazzolino elettrico.

 

9 ore fa, blublu ha scritto:

Io non vorrei arrivare a 1Mhz per non avere problemi alla salute,

 

Siamo tutti immesi in campi elettrici dovuti alla rete elettrica, alle trasmissioni radio e tv di tutti i tipi, senza contare le emissioni dei telefoni cellulari, con cui si trascorre gran parte della giornata, spesso messi anche sul comodino vicino alla testaper tutta la notte.

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blublu
Il 6/5/2024 alle 06:50 , Livio Orsini ha scritto:

 

No; conosco la teoria studiata a scuola molti decenni addietro, ho letto qualche cosa ed ho visto alcuni esempi pratici come il caricatore dello spazzolino elettrico.

 

 

Siamo tutti immesi in campi elettrici dovuti alla rete elettrica, alle trasmissioni radio e tv di tutti i tipi, senza contare le emissioni dei telefoni cellulari, con cui si trascorre gran parte della giornata, spesso messi anche sul comodino vicino alla testaper tutta la notte.

Buongiorno, ti scrivo dopo molto giorni a causa del lavoro, inoltre ho portato avanti lo studio e ho individuato anche la tecnologia, "dipole coil resonant system". Per quanto riguarda l'antenna a telaio, credo sia un antenna a loop magnetic molto direzionale, ma purtroppo non riesco mai a trovare abbastanza documentazione online. Quindi queste due tecnologie sono molto fattibili e anche semplici da costruire e progettare. Ma nelle mie ricerche mi sono imbattuto nei metamateriali, che attraverso particolari design riesco ad avere permeabilità magnetiche eccezionali. https://phys.org/news/2016-05-distance-wireless-magnetic-metamaterials.amp in questo link ce un lavoro dell'università di Barcellona in cui si usano 36 piastre ferromagnetiche e di rame, per poter focalizzare il fascio, in fondo alla pagina ce il link al pdf del lavoro, questa tecnologia potrebbe essere fattibile ?

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Livio Orsini

Ho dato una scorsa veloce al documento. non ho notato accenni alla frequenza di lavoro, però credo che siamo almeno nel campo della HF.

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blublu
2 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Ho dato una scorsa veloce al documento. non ho notato accenni alla frequenza di lavoro, però credo che siamo almeno nel campo della HF.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201506376 questo è il link della pubblicazione originale, in basso alla voce "supporting information" aprendolo ce il pdf scaricabile del lavoro, il sistema usa gusci concentrici che aumentano la mutua induttanza tra le bobine, la frequenza operativa è di circa 31Khz, e usano 36 piastre, metà di ferrite e metà di rame, io però non riesco a capire le dimensioni delle piastre e delle bobine trasmittenti, oltre al fatto se devono essere sempre 36 e quanto deve essere il raggio, non so forse se vorresti dare un occhiata potresti aiutarmi

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blublu
Il 11/5/2024 alle 06:44 , Livio Orsini ha scritto:

Ho dato una scorsa veloce al documento. non ho notato accenni alla frequenza di lavoro, però credo che siamo almeno nel campo della HF.

Livio buongiorno, allora le immagini 3d sono reali quindi la larghezza delle piastre è la stessa della bobina, ora pero credo che lunghezza sia maggiore della larghezza e inoltre non riesco trovare il calcolo del numero delle piastre di inserire, tu hai trovato qualcosa?

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