Elettromagnete, dispositivo costituito da un nucleo di materiale magnetico circondato da una bobina attraverso la quale viene fatta passare una corrente elettrica per magnetizzare il nucleo. Un elettromagnete viene utilizzato ovunque siano richiesti magneti controllabili, come nei meccanismi in cui il flusso magnetico deve essere variato, invertito o acceso e spento.
Il design ingegneristico degli elettromagneti è sistematizzato mediante il concetto del circuito magnetico. Nel circuito magnetico una forza magnetomotrice F, o Fm, è definita come gli ampere-giri della bobina che genera il campo magnetico per produrre il flusso magnetico nel circuito. Pertanto, se una bobina di n giri per metro trasporta una corrente i ampere, il campo all'interno della bobina è pari a ni ampere per metro e la forza magnetomotrice che genera è pari a zero ampere, dove l è la lunghezza della bobina. Più convenientemente, la forza magnetomotrice è Ni, dove N è il numero totale di giri nella bobina. La densità del flusso magnetico B è l'equivalente, nel circuito magnetico, della densità di corrente in un circuito elettrico. Nel circuito magnetico l'equivalente magnetico della corrente è il flusso totale simboleggiato dalla lettera greca phi, ϕ, data da BA, dove A è l'area della sezione trasversale del circuito magnetico. In un circuito elettrico la forza elettromotrice (E) è correlata alla corrente, i, nel circuito da E = Ri, dove R è la resistenza del circuito. Nel circuito magnetico F = rϕ, dove r è la riluttanza del circuito magnetico ed è equivalente alla resistenza nel circuito elettrico. La riluttanza si ottiene dividendo la lunghezza del percorso magnetico l per la permeabilità per l'area della sezione trasversale A; quindi r = l / μA, la lettera greca mu, μ, che simboleggia la permeabilità del mezzo che forma il circuito magnetico. Le unità di riluttanza sono ampere-giri per weber. Questi concetti possono essere impiegati per calcolare la riluttanza di un circuito magnetico e quindi la corrente richiesta attraverso una bobina per forzare il flusso desiderato attraverso questo circuito.
Diverse ipotesi coinvolte in questo tipo di calcolo, tuttavia, lo rendono nella migliore delle ipotesi solo una guida approssimativa alla progettazione. L'effetto di un mezzo permeabile su un campo magnetico può essere visualizzato come un ammucchiare le linee magnetiche della forza in se stesso. Al contrario, le linee di forza che passano da una regione di alta a una di bassa permeabilità tendono a diffondersi e questo evento avverrà in un vuoto d'aria. Pertanto, la densità del flusso, che è proporzionale al numero di linee di forza per unità di area, sarà ridotta nello spazio aereo dalle linee sporgenti o frangiate ai lati dello spazio. Questo effetto aumenterà per spazi più lunghi; correzioni approssimative possono essere fatte per tenere conto dell'effetto frange.
Si è anche ipotizzato che il campo magnetico sia interamente confinato all'interno della bobina. In effetti, c'è sempre una certa quantità di flusso di dispersione, rappresentata da linee magnetiche di forza attorno alla parte esterna della bobina, che non contribuisce alla magnetizzazione del nucleo. Il flusso di dispersione è generalmente piccolo se la permeabilità del nucleo magnetico è relativamente alta.
In pratica, la permeabilità di un materiale magnetico è una funzione della densità del flusso in esso. Pertanto, il calcolo può essere eseguito per un materiale reale solo se è disponibile la curva di magnetizzazione effettiva o, più utilmente, un grafico di μ rispetto a B.
Infine, il design presuppone che il nucleo magnetico non sia magnetizzato alla saturazione. In tal caso, la densità del flusso non potrebbe essere aumentata nell'intercapedine d'aria in questo progetto, indipendentemente dalla quantità di corrente passata attraverso la bobina. Questi concetti sono ulteriormente ampliati nelle sezioni seguenti su dispositivi specifici.
