МАГНИТНА ПРОНИЦАЕМОСТ: ПОСТОЯННА И ТАБЛИЧНА - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

На магнитната проницаемост е физична величина на имуществото на въпрос за генериране на собствената си магнитно поле, когато е проникнато от външна магнитно поле.

И двете полета: външното и собственото, се наслагват, давайки получено поле. А, независимо от материала, външното поле се нарича магнитното поле сила Н, докато припокриващи външната областта плюс материал се индуцира в магнитната индукция B.

Фигура 1. Соленоид с µ магнитна проницаемост на материал. Източник: Wikimedia Commons.

Когато става въпрос за еднородни и изотропни материали, полетата H и B са пропорционални. И константата на пропорционалност (скаларна и положителна) е магнитната проницаемост, обозначена с гръцката буква μ:

B = μ Н

В международната система SI магнитната индукция B се измерва в Tesla (T), докато интензитетът на магнитното поле H се измерва в ампер над метър (A / m).

Тъй като μ трябва да гарантира хомогенност на измерението в уравнението, единицата на μ в системата SI е:

= (Tesla ⋅ метър) / Ampere = (T ⋅ m) / A

Магнитна пропускливост на вакуум

Нека видим как магнитните полета, чиито абсолютни стойности обозначаваме с В и Н, се произвеждат в намотка или соленоид. Оттам ще бъде въведена концепцията за магнитната пропускливост на вакуума.

Соленоидът се състои от спирално навит проводник. Всеки завой на спиралата се нарича завой. Ако ток преминава през соленоид I, тогава имаме електромагнит, който произвежда магнитно поле B.

Освен това, стойността на магнитната индукция В е по-голяма с увеличаване на тока i. А също и когато плътността на завоите n се увеличава (брой N на завоите между дължината d на соленоида).

Другият фактор, който влияе върху стойността на магнитното поле, произведено от соленоид, е магнитната проницаемост μ на материала, който се намира вътре в него. И накрая, величината на посоченото поле е:

B = μ. i.n = μ. в)

Както е посочено в предишния раздел, интензитетът на магнитното поле H е:

Н = i. (N / d)

Това поле с величина H, което зависи само от циркулиращия ток и плътността на завоите на соленоида, "прониква" в материала с магнитна проницаемост μ, причинявайки му да се намагнетизира.

Тогава се получава общо поле с величина В, което зависи от материала, който е вътре в соленоида.

Соленоид във вакуум

По подобен начин, ако материалът вътре в соленоида е вакуум, тогава H полето "прониква" във вакуума, произвеждайки резултиращо поле B. Коефициентът между полето B във вакуум и Н, произведено от соленоида, определя пропускливостта на вакуума., чиято стойност е:

μ o = 4π x 10 ^-7 (T⋅m) / A

Оказва се, че предишната стойност е била точна дефиниция до 20 май 2019 г. От тази дата е направена ревизия на Международната система, която води до μ или се измерва експериментално.

Извършените досега измервания показват, че тази стойност е изключително точна.

Таблица с магнитна пропускливост

Материалите имат характерна магнитна пропускливост. Сега е възможно да се намери магнитната проницаемост с други единици. Например, нека вземем единицата на индуктивност, която е Хенри (Н):

1Н = 1 (Т * т ²) / А.

Сравнявайки тази единица с тази, която беше дадена в началото, се вижда, че има сходство, въпреки че разликата е квадратният метър, който притежава Хенри. Поради тази причина магнитната проницаемост се счита за индуктивност на единица дължина:

= H / m.

Магнитната проницаемост μ е тясно свързана с друго физическо свойство на материалите, наречено магнитна чувствителност χ, което се определя като:

μ = μ или (1 + χ)

В предишния израз μ o е магнитната проницаемост на вакуума.

Магнитна възприемчивост х е пропорционалността между външното поле Н и намагнитването на материал М.

Относителна пропускливост

Много често се изразява магнитната проницаемост по отношение на пропускливостта на вакуума. Известна е като относителна пропускливост и не е нищо повече от коефициента между проницаемостта на материала и тази на вакуума.

Според това определение относителната пропускливост е неразделна. Но е полезна концепция за класифициране на материали.

Например, материалите са феромагнитни, стига относителната им пропускливост да е много по-голяма от единица.

По същия начин парамагнитните вещества имат относителна пропускливост малко над 1.

И накрая, диамагнитните материали имат относителна пропускливост точно под единицата. Причината е, че те се намагнетизират по такъв начин, че произвеждат поле, противопоставящо се на външното магнитно поле.

Заслужава да се спомене, че феромагнитните материали представят феномен, известен като "хистерезис", при който те запазват паметта на приложените полета. По силата на тази характеристика те могат да образуват постоянен магнит.

Фигура 2. Феритни магнитни спомени. Източник: Wikimedia Commons

Поради магнитната памет на феромагнитни материали, спомените на ранните цифрови компютри бяха малки феритни тороиди, преминавани от проводници. Там те запазвали, извличали или изтривали съдържанието (1 или 0) от паметта.

Материали и тяхната пропускливост

Ето някои материали с тяхната магнитна проницаемост в H / m и относителната им пропускливост в скоби:

Ютия: 6,3 x 10 ^-3 (5000)

Кобалтово желязо: 2.3 x 10 ^-2 (18000)

Никел-желязо: 1,25 х 10 ^-1 (100000)

Манган-цинк: 2,5 х 10 ^-2 (20000)

Въглеродна стомана: 1,26 x 10 ^-4 (100)

Неодимов магнит: 1,32 x 10 ^-5 (1,05)

Платина: 1.26 x 10 ^-6 1.0003

Алуминий: 1.26 x 10 ^-6 1.00002

Въздух 1.256 x 10 ^-6 (1.0000004)

Тефлон 1.256 x 10 ^-6 (1.00001)

Суха дървесина 1.256 x 10 ^-6 (1.0000003)

Мед 1.27 x10 ^-6 (0.999)

Чиста вода 1,26 x 10 ^-6 (0,999992)

Свръхпроводник: 0 (0)

Табличен анализ

Разглеждайки стойностите в тази таблица, може да се види, че има първа група с магнитна пропускливост спрямо тази на вакуума с високи стойности. Това са феромагнитни материали, много подходящи за производството на електромагнити за производство на големи магнитни полета.

Фигура 3. Криви B vs. Н за феромагнитни, парамагнитни и диамагнитни материали. Източник: Wikimedia Commons.

Тогава имаме втора група материали, с относителна магнитна проницаемост малко над 1. Това са парамагнитните материали.

Тогава можете да видите материали с относителна магнитна проницаемост точно под единството. Това са диамагнитни материали като чиста вода и мед.

Накрая имаме свръхпроводник. Свръхпроводниците имат нулева магнитна проницаемост, защото напълно изключват магнитното поле вътре в тях. Свръхпроводниците са безполезни за използване в сърцевината на електромагнита.

Въпреки това често се изграждат свръхпроводящи електромагнити, но свръхпроводникът се използва в намотката за установяване на много високи електрически токове, които произвеждат високи магнитни полета.

Препратки

1. Dialnet. Прости експерименти за намиране на магнитна проницаемост. Възстановени от: dialnet.unirioja.es
2. Figueroa, D. (2005). Серия: Физика за наука и инженерство. Том 6. Електромагнетизъм. Редактиран от Дъглас Фигероа (USB). 215-221.
3. Giancoli, D. 2006. Физика: Принципи на приложение. 6-та зала „Ед Прентис“. 560-562.
4. Киркпатрик, Л. 2007. Физика: поглед към света. 6-то съкратено издание. Учене в Cengage. 233.
5. Youtube. Магнетизъм 5 - Проницаемост. Възстановено от: youtube.com
6. Wikipedia. Магнитно поле. Възстановено от: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Проницаемост (електромагнетизъм). Възстановено от: en.wikipedia.com