Laboratório Virtual: Energia de Campo, Coenergia Magnética e Força Eletromagnética

Simulação da Analogia de Hopkinson, Transformada de Legendre (Wfld + W'fld = λ·i), Saturação Ferromagnética de Froelich e Trabalhos Virtuais.

⚙️ Parâmetros do Circuito Magnético
Regime Magnético do Núcleo:
Comprimento do Entreferro (g = x): 3.0 mm
Fechado (0.5 mm) Nominal (3.0 mm) Aberto (15.0 mm)
Corrente de Excitação (i): 8.0 A
0.5 A 10.0 A 20.0 A
Número de Espiras (N): 400 esp
Área da Seção Polar (Ag): 16 cm²
⚠️ SATURAÇÃO FERROMAGNÉTICA ATIVA: Coenergia W'fld supera a Energia Wfld devido ao joelho da curva B-H!
✅ REGIME MAGNÉTICO LINEAR: Energia e Coenergia são estritamente iguais (W'fld = Wfld = ½·L·i²).
Relutância ℛg (2·g) 2.98 MAe/Wb
Enlace Fluxo (λ = NΦ) 0.43 Wb·esp
Indução no Ar (Bg) 0.67 T
Pressão Maxwell (Pmag) 178.9 kPa
Energia Campo (Wfld) 1.72 J
Coenergia (W'fld) 1.72 J
Força Eletromagnética de Atração (Fe = ∂W'fld/∂x) 572.6 N
Planos de Estado (λ × i) e Dinâmica Espacial da Armadura Móvel Fe(x)
■ Wfld = ∫ i dλ (Energia) ■ W'fld = ∫ λ di (Coenergia) ● Q (Ponto Operacional)
Fundamentação Física (Transformada de Legendre & Trabalhos Virtuais): Em um sistema eletromecânico conservativo, o balanço diferencial de energia impõe dW_elec = i·dλ = dW_fld + F_e·dx. A Energia de Campo W_fld(λ, x) = ∫ i dλ corresponde à área superior entre a curva de magnetização e o eixo vertical λ, enquanto a Coenergia Magnética W'_fld(i, x) = ∫ λ di corresponde à área inferior entre a curva e o eixo horizontal i, satisfazendo a identidade de Legendre W_fld + W'_fld = λ·i. Em núcleos com saturação ferromagnética, a curvatura faz com que W'_fld > W_fld. Independentemente da saturação, a força mecânica de relutância que atrai a armadura no sentido de fechar o entreferro é dada por F_e = +∂W'_fld(i, x)/∂x |_{i=cte}.