Electroimán, dispositivo que consiste en un núcleo de material magnético rodeado por una bobina a través de la cual se hace pasar una corriente eléctrica para magnetizar el núcleo. Un electroimán se utiliza siempre que se requieren imanes controlables, como en los dispositivos en los que el flujo magnético debe variarse, invertirse o encenderse y apagarse.
El diseño de ingeniería de los electroimanes se sistematiza mediante el concepto de circuito magnético. En el circuito magnético se define una fuerza magnetomotriz F, o Fm, como los amperios-vuelta de la bobina que genera el campo magnético para producir el flujo magnético en el circuito. Así, si una bobina de n vueltas por metro transporta una corriente i amperios, el campo dentro de la bobina es de ni amperios por metro y la fuerza magnetomotriz que genera es de n amperios-vueltas, siendo l la longitud de la bobina. Más convenientemente, la fuerza magnetomotriz es Ni, siendo N el número total de vueltas de 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 a la corriente es el flujo total simbolizado por la letra griega phi, ϕ, dado 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 reluctancia del circuito magnético y equivale a la resistencia en el circuito eléctrico. La reluctancia se obtiene dividiendo la longitud del camino magnético l por la permeabilidad multiplicada por el área de la sección transversal A; así r = l/μA, la letra griega mu, μ, simboliza la permeabilidad del medio que forma el circuito magnético. Las unidades de reluctancia son amperios-vuelta por weber. Estos conceptos pueden emplearse para calcular la reluctancia de un circuito magnético y, por lo tanto, la corriente necesaria a través de una bobina para forzar el flujo deseado a través de este circuito.
Sin embargo, varias suposiciones implicadas en este tipo de cálculo hacen que, en el mejor de los casos, sólo sea una guía aproximada para el diseño. El efecto de un medio permeable sobre un campo magnético puede visualizarse como una aglomeración de las líneas de fuerza magnéticas hacia sí mismo. A la inversa, las líneas de fuerza que pasan de una región de alta a una de baja permeabilidad tienden a extenderse, y este hecho tendrá lugar en un espacio de aire. Por lo tanto, la densidad de flujo, que es proporcional al número de líneas de fuerza por unidad de superficie, se reducirá en el entrehierro por el abombamiento de las líneas, o fringing, a los lados del entrehierro. Este efecto aumentará para los espacios más largos; se pueden hacer correcciones aproximadas para tener en cuenta el efecto fringing.
También se ha supuesto que el campo magnético está totalmente confinado dentro de la bobina. De hecho, siempre hay una cierta cantidad de flujo de fuga, representado por líneas de fuerza magnéticas 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. Así, el cálculo sólo puede hacerse para un material real si se dispone de la curva de magnetización real o, más útilmente, de un gráfico de μ frente a B.
Por último, el diseño supone que el núcleo magnético no está magnetizado hasta la saturación. Si lo estuviera, la densidad de flujo no podría aumentar en el entrehierro en este diseño, sin importar cuánta corriente pasara por la bobina. Estos conceptos se amplían en las siguientes secciones sobre dispositivos específicos.
