Electroimán, dispositivo que consiste en un núcleo de material magnético rodeado por una bobina a través de la cual se pasa una corriente eléctrica para magnetizar el núcleo. Se utiliza un electroimán donde se requieren imanes controlables, como en los dispositivos en los que el flujo magnético se va a variar, invertir o encender y apagar.
El diseño de ingeniería de electroimanes se sistematiza mediante el concepto de circuito magnético. En el circuito magnético, una fuerza magnetomotriz F, o Fm, se define como las vueltas de amperios de la bobina que genera el campo magnético para producir el flujo magnético en el circuito. Por lo tanto, si una bobina de n vueltas por metro lleva una corriente de i amperios, el campo dentro de la bobina es ni amperios por metro y la fuerza magnetomotriz que genera es nula amperios-vueltas, donde l es la longitud de la bobina. Más convenientemente, la fuerza magnetomotriz es Ni, donde N es el número total de vueltas en la bobina. La densidad de flujo magnético B es el equivalente, en el circuito magnético, de la densidad de corriente en un circuito eléctrico. En el circuito magnético, el equivalente magnético de la corriente es el flujo total simbolizado por la letra griega phi, ϕ, dada por BA, donde A es el área de la sección transversal del circuito magnético. En un circuito eléctrico, la fuerza electromotriz (E) está relacionada con la corriente, i, en el circuito por E = Ri, donde R es la resistencia del circuito. En el circuito magnético F = rϕ, donde r es la reticencia del circuito magnético y es equivalente a la resistencia en el circuito eléctrico. La renuencia se obtiene dividiendo la longitud de la trayectoria magnética l por la permeabilidad por el área de la sección transversal A; así r = l / μA, la letra griega mu, μ, que simboliza la permeabilidad del medio que forma el circuito magnético. Las unidades de renuencia son ampere-turnos por weber. Estos conceptos pueden emplearse para calcular la reticencia de un circuito magnético y, por lo tanto, la corriente requerida a través de una bobina para forzar el flujo deseado a través de este circuito.
Sin embargo, varios supuestos involucrados en este tipo de cálculo hacen que, en el mejor de los casos, solo sea una guía aproximada de diseño. El efecto de un medio permeable en un campo magnético puede visualizarse como una acumulación de las líneas magnéticas de fuerza en sí mismo. Por el contrario, las líneas de fuerza que pasan de una región de alta permeabilidad a una de baja permeabilidad tienden a extenderse, y esto ocurrirá en un espacio de aire. Por lo tanto, la densidad de flujo, que es proporcional al número de líneas de fuerza por unidad de área, se reducirá en el espacio de aire por las líneas que sobresalen o se arrugan a los lados del espacio. Este efecto aumentará para espacios más largos; Se pueden hacer correcciones aproximadas para tener en cuenta el efecto de franjas.
También se ha asumido que el campo magnético está completamente confinado dentro de la bobina. De hecho, siempre hay una cierta cantidad de flujo de fuga, representada por líneas magnéticas de fuerza alrededor del exterior de la bobina, que no contribuye a la magnetización del núcleo. El flujo de fuga es generalmente pequeño si la permeabilidad del núcleo magnético es relativamente alta.
En la práctica, la permeabilidad de un material magnético es una función de la densidad de flujo en él. Por lo tanto, el cálculo solo se puede hacer para un material real si la curva de magnetización real, o, más útil, un gráfico de μ contra B, está disponible.
Finalmente, el diseño asume que el núcleo magnético no está magnetizado a saturación. Si lo fuera, la densidad de flujo no podría aumentarse en el espacio de aire en este diseño, sin importar cuánta corriente pasara a través de la bobina. Estos conceptos se amplían aún más en las siguientes secciones sobre dispositivos específicos.
