PRZENIKALNOŚĆ MAGNETYCZNA: STAŁA I TABLICA - FIZYCZNY - 2026

Przenikalność magnetyczna jest wielkość fizyczna właściwości substancji do generowania własnego pola magnetycznego, gdy przenika przez zewnętrzne pole magnetyczne.

Oba pola: zewnętrzne i własne, nakładają się, dając wynikowe pole. A dodaje się, niezależnie od materiału, zewnętrzne pole nazywa siła pola magnetycznego H , a nakładające się pola zewnętrznego oraz materiał jest indukowane w indukcji magnetycznej B .

Rysunek 1. Elektrozawór z rdzeniem z materiału o przenikalności magnetycznej μ. Źródło: Wikimedia Commons.

Jeśli chodzi o materiały jednorodne i izotropowe, pola H i B są proporcjonalne. A stałą proporcjonalności (skalarną i dodatnią) jest przenikalność magnetyczna, oznaczona grecką literą μ:

B = μ H

W międzynarodowym systemie SI indukcję magnetyczną B mierzy się w Tesli (T), natomiast natężenie pola magnetycznego H mierzy się w amperach na metr (A / m).

Ponieważ μ musi gwarantować jednorodność wymiarową w równaniu, jednostką μ w układzie SI jest:

= (Tesla ⋅ metr) / Amper = (T ⋅ m) / A

Przepuszczalność magnetyczna próżni

Zobaczmy, jak pola magnetyczne, których wartości bezwzględne oznaczamy przez B i H, są wytwarzane w cewce lub solenoidzie. Stamtąd zostanie wprowadzona koncepcja przenikalności magnetycznej próżni.

Solenoid składa się ze spiralnie nawiniętego przewodu. Każdy obrót spirali nazywany jest zwojem. Jeśli prąd jest przepuszczany przez elektromagnetyczny I, a następnie mamy elektromagnes, który wytwarza pole magnetyczne B .

Ponadto wartość indukcji magnetycznej B jest większa, im większy jest prąd i. A także, gdy gęstość zwojów n wzrasta (liczba N zwojów między długością d elektrozaworu).

Innym czynnikiem wpływającym na wartość pola magnetycznego wytwarzanego przez solenoid jest przenikalność magnetyczna μ materiału, który się w nim znajduje. Wreszcie wielkość wspomnianego pola wynosi:

B = μ. i .n = μ. w)

Jak stwierdzono w poprzedniej sekcji, natężenie pola magnetycznego H wynosi:

H = i. (N / d)

To pole o wielkości H, które zależy tylko od krążącego prądu i gęstości zwojów solenoidu, „przenika” materiał o przenikalności magnetycznej μ, powodując jego namagnesowanie.

Następnie wytwarzane jest całkowite pole o wielkości B, które zależy od materiału znajdującego się wewnątrz solenoidu.

Elektrozawór w próżni

Podobnie, jeśli materiałem wewnątrz solenoidu jest próżnia, wówczas pole H „przenika” próżnię, wytwarzając wypadkowe pole B. Iloraz między polem B w próżni i H wytwarzanym przez solenoid określa przepuszczalność próżni. , którego wartość to:

μ o = 4π x ^10-7 (T⋅m) / A

Okazuje się, że poprzednia wartość była dokładną definicją do 20 maja 2019 roku. Od tego dnia dokonano rewizji systemu międzynarodowego, która prowadzi do pomiaru μ lub pomiaru eksperymentalnego.

Jednak dotychczasowe pomiary wskazują, że ta wartość jest niezwykle dokładna.

Tabela przenikalności magnetycznej

Materiały mają charakterystyczną przenikalność magnetyczną. Teraz można obliczyć przenikalność magnetyczną za pomocą innych jednostek. Na przykład weźmy jednostkę indukcyjności, którą jest Henry (H):

1H = 1 (T * m ² ) / A.

Porównując tę ​​jednostkę z tą, która została podana na początku, widać, że istnieje podobieństwo, chociaż różnica polega na metrze kwadratowym, który posiada Henry. Z tego powodu przenikalność magnetyczna jest uważana za indukcyjność na jednostkę długości:

= H / m.

Przenikalność magnetyczna μ jest ściśle związana z inną fizyczną właściwością materiałów, zwaną podatnością magnetyczną χ, którą definiuje się jako:

μ = μ lub (1 + χ)

W poprzednim wyrażeniu μ o to przenikalność magnetyczna próżni.

Podatność χ magnetyczne proporcjonalność pomiędzy zewnętrznego pola H i magnesowania materiału M .

Względna przepuszczalność

Przepuszczalność magnetyczną często wyraża się w odniesieniu do przepuszczalności próżni. Nazywa się to przepuszczalnością względną i jest niczym innym jak ilorazem przepuszczalności materiału i próżni.

Zgodnie z tą definicją względna przepuszczalność jest bezjednostkowa. Ale jest to przydatna koncepcja do klasyfikacji materiałów.

Na przykład materiały są ferromagnetyczne, o ile ich względna przepuszczalność jest znacznie większa niż jedność.

W ten sam sposób substancje paramagnetyczne mają względną przepuszczalność nieco powyżej 1.

I wreszcie, materiały diamagnetyczne mają względną przepuszczalność tuż poniżej jedności. Powodem jest to, że zostają namagnesowane w taki sposób, że wytwarzają pole przeciwstawne zewnętrznemu polu magnetycznemu.

Warto wspomnieć, że materiały ferromagnetyczne wykazują zjawisko zwane „histerezą”, w którym zachowują pamięć o zastosowanych wcześniej polach. Dzięki tej charakterystyce mogą tworzyć magnes trwały.

Rysunek 2. Ferrytowe pamięci magnetyczne. Źródło: Wikimedia Commons

Ze względu na pamięć magnetyczną materiałów ferromagnetycznych, wspomnienia wczesnych komputerów cyfrowych były małymi ferrytowymi toroidami, przez które przechodzą przewodniki. Tam zapisali, wyodrębnili lub usunęli zawartość (1 lub 0) pamięci.

Materiały i ich przepuszczalność

Oto kilka materiałów, z ich przenikalnością magnetyczną w H / m i ich względną przepuszczalnością w nawiasach:

Żelazo: 6,3 x ^10-3 (5000)

Żelazo kobaltowe : 2,3 x ^10-2 (18000)

Nikiel-żelazo: 1,25 x ^10-1 (100000)

Mangan-cynk: 2,5 x ^10-2 (20000)

Stal węglowa: 1,26 x ^10-4 (100)

Magnes neodymowy: 1,32 x ^10-5 (1,05)

Platyna: 1,26 x ^10-6 1,0003

Aluminium: 1,26 x ^10-6 1,00002

Powietrze 1,256 x ^10-6 (1,0000004)

Teflon 1,256 x ^10-6 (1,00001)

Suche drewno 1.256 x ^10-6 (1.0000003)

Miedź 1,27 x10 ^-6 (0,999)

Czysta woda 1,26 x ^10-6 (0,999992)

Nadprzewodnik: 0 (0)

Analiza tabeli

Patrząc na wartości w tej tabeli, można zauważyć, że istnieje pierwsza grupa z przenikalnością magnetyczną w stosunku do próżni o wysokich wartościach. Są to materiały ferromagnetyczne, bardzo odpowiednie do produkcji elektromagnesów do wytwarzania dużych pól magnetycznych.

Rysunek 3. Krzywe B vs. H dla materiałów ferromagnetycznych, paramagnetycznych i diamagnetycznych. Źródło: Wikimedia Commons.

Następnie mamy drugą grupę materiałów, o względnej przenikalności magnetycznej nieco powyżej 1. Są to materiały paramagnetyczne.

Wtedy możesz zobaczyć materiały o względnej przenikalności magnetycznej tuż poniżej jedności. Są to materiały diamagnetyczne, takie jak czysta woda i miedź.

Wreszcie mamy nadprzewodnik. Nadprzewodniki mają zerową przepuszczalność magnetyczną, ponieważ całkowicie wykluczają występujące w nich pole magnetyczne. Nadprzewodniki nie nadają się do stosowania w rdzeniu elektromagnesu.

Jednak często budowane są elektromagnesy nadprzewodzące, ale nadprzewodnik jest używany w uzwojeniu do wytwarzania bardzo wysokich prądów elektrycznych, które wytwarzają wysokie pola magnetyczne.

Bibliografia

1. Dialnet. Proste eksperymenty mające na celu znalezienie przenikalności magnetycznej. Odzyskany z: dialnet.unirioja.es
2. Figueroa, D. (2005). Seria: Fizyka dla nauki i inżynierii. Tom 6. Elektromagnetyzm. Pod redakcją Douglasa Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, D. 2006. Fizyka: Zasady z zastosowaniami. 6th Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, L. 2007. Fizyka: spojrzenie na świat. 6. wydanie skrócone. Cengage Learning. 233.
5. Youtube. Magnetyzm 5 - Przepuszczalność. Odzyskany z: youtube.com
6. Wikipedia. Pole magnetyczne. Odzyskany z: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Przepuszczalność (elektromagnetyzm). Odzyskany z: en.wikipedia.com