- Magnetisk permeabilitet af vakuum
- Magnetventil i vakuum
- Magnetisk permeabilitetstabel
- Relativ permeabilitet
- Materialer og deres permeabilitet
- Tabelanalyse
- Referencer
Den magnetiske permeabilitet er den fysiske mængde af materiens egenskab til at generere sit eget magnetiske felt, når det gennemsyres af et ydre magnetfelt.
Begge felter: det ydre og det eget, overlejres, hvilket giver et resulterende felt. A, uafhængig af materialet, er ydre felt kaldes magnetiske feltstyrke H, mens overlapper den ydre felt plus materialet induceres i den magnetiske induktion B.
Figur 1. Magnet med en μ magnetisk permeabilitet materiale kerne. Kilde: Wikimedia Commons.
Når det kommer til homogene og isotrope materialer, er H- og B- felterne proportionale. Og proportionalitetskonstanten (skalær og positiv) er den magnetiske permeabilitet, betegnet med det græske bogstav μ:
B = μ H
I SI International System måles den magnetiske induktion B i Tesla (T), mens magnetfeltintensiteten H måles i Ampere over meter (A / m).
Da μ skal garantere dimensionel homogenitet i ligningen, er μ-enheden i SI-systemet:
= (Tesla ⋅ meter) / Ampere = (T ⋅ m) / A
Magnetisk permeabilitet af vakuum
Lad os se, hvordan magnetiske felter, hvis absolutte værdier vi betegner med B og H, produceres i en spole eller magnetventil. Derfra introduceres begrebet magnetisk permeabilitet i vakuumet.
Solenoiden består af en spiralformet leder. Hver drejning af spiralen kaldes en drejning. Hvis strøm ledes gennem spolen i, så har vi en elektromagnet, der frembringer et magnetfelt B.
Endvidere er værdien af den magnetiske induktion B større, når strømmen i øges. Og også når densiteten af drejninger n øges (antallet af drejninger mellem længden d af magnetventilen).
Den anden faktor, der påvirker værdien af det magnetiske felt, der produceres af en solenoid, er den magnetiske permeabilitet μ af det materiale, der er inde i det. Endelig er størrelsen af nævnte felt:
B = μ. i.n = μ. i en)
Som anført i det foregående afsnit er magnetfeltintensiteten H:
H = i. (N / d)
Dette felt med styrke H, der kun afhænger af cirkulationsstrømmen og tætheden af magnetomdrejninger, "gennemsyrer" materialet med magnetisk permeabilitet μ, hvilket får det til at magnetiseres.
Derefter produceres et samlet felt med styrke B, som afhænger af det materiale, der er inde i solenoiden.
Magnetventil i vakuum
På lignende måde, hvis materialet inde i solenoiden er vakuum, "gennemsyrer" H-feltet vakuumet, hvilket frembringer et resulterende felt B. Kvotienten mellem B-feltet i vakuum og H produceret af solenoiden definerer permeabiliteten af vakuumet., hvis værdi er:
μ o = 4π x 10-7 (T⋅m) / A
Det viser sig, at den forrige værdi var en nøjagtig definition indtil 20. maj 2019. Fra den dato blev der foretaget en revision af det internationale system, der fører til μ eller måles eksperimentelt.
Imidlertid viser målinger, der er foretaget indtil videre, at denne værdi er ekstremt nøjagtig.
Magnetisk permeabilitetstabel
Materialer har en karakteristisk magnetisk permeabilitet. Nu er det muligt at finde den magnetiske permeabilitet med andre enheder. Lad os for eksempel tage induktionsenheden, som er Henry (H):
1H = 1 (T * m 2) / A.
Når man sammenligner denne enhed med den, der blev givet i begyndelsen, ser man, at der er en lighed, selvom forskellen er den kvadratmeter, som Henry ejer. Af denne grund betragtes magnetisk permeabilitet som en induktans pr. Enhedslængde:
= H / m.
Den magnetiske permeabilitet μ er tæt knyttet til en anden fysisk egenskab ved materialer, kaldet den magnetiske følsomhed χ, der er defineret som:
μ = μ eller (1 + χ)
I det forrige udtryk μ o er vakuumets magnetiske permeabilitet.
Den magnetiske følsomhed χ er proportionalitet mellem det ydre felt H og magnetiseringen af materialet M.
Relativ permeabilitet
Det er meget almindeligt at udtrykke den magnetiske permeabilitet i forhold til vakuumets permeabilitet. Det er kendt som relativ permeabilitet, og det er intet andet end kvoten mellem materialets permeabilitet og vakuumets.
I henhold til denne definition er relativ permeabilitet enhedsløs. Men det er et nyttigt koncept til klassificering af materialer.
For eksempel er materialer ferromagnetiske, så længe deres relative permeabilitet er meget større end enhed.
På samme måde har paramagnetiske stoffer relativ permeabilitet lige over 1.
Og endelig har diamagnetiske materialer relative permeabiliteter lige under enheden. Årsagen er, at de bliver magnetiseret på en sådan måde, at de producerer et felt, der er imod det ydre magnetfelt.
Det er værd at nævne, at ferromagnetiske materialer udgør et fænomen kendt som "hysterese", hvor de holder hukommelse af de tidligere anvendte felter. I kraft af denne egenskab kan de danne en permanent magnet.
Figur 2. Ferritmagnetiske hukommelser. Kilde: Wikimedia Commons
På grund af den magnetiske hukommelse af ferromagnetiske materialer, var minderne fra de tidlige digitale computere små ferrit toroider, der blev krydset af ledere. Der gemte, ekstraherede eller slettes hukommelsens indhold (1 eller 0).
Materialer og deres permeabilitet
Her er nogle materialer med deres magnetiske permeabilitet i H / m og deres relative permeabilitet i parenteser:
Jern: 6,3 x 10 -3 (5000)
Kobolt-jern: 2,3 x 10 -2 (18000)
Nikkeljern: 1,25 x 10 -1 (100000)
Mangan-zink: 2,5 x 10 -2 (20000)
Carbon Steel: 1,26 x 10 -4 (100)
Neodymmagnet: 1,32 x 10 -5 (1,05)
Platin: 1,26 x 10-6 1.0003
Aluminium: 1,26 x 10-6 1.00002
Luft 1.256 x 10-6 (1.0000004)
Teflon 1.256 x 10-6 (1.00001)
Tørt træ 1.256 x 10-6 (1.0000003)
Kobber 1,27 x 10-6 (0,999)
Rent vand 1,26 x 10-6 (0,999992)
Superleder: 0 (0)
Tabelanalyse
Når man ser på værdierne i denne tabel, kan det ses, at der er en første gruppe med magnetisk permeabilitet i forhold til den for vakuum med høje værdier. Dette er ferromagnetiske materialer, meget velegnede til fremstilling af elektromagneter til produktion af store magnetfelter.
Figur 3. Kurver B vs. H til ferromagnetiske, paramagnetiske og diamagnetiske materialer. Kilde: Wikimedia Commons.
Så har vi en anden gruppe af materialer med relativ magnetisk permeabilitet lige over 1. Dette er de paramagnetiske materialer.
Derefter kan du se materialer med relativ magnetisk permeabilitet lige under enheden. Dette er diamagnetiske materialer såsom rent vand og kobber.
Endelig har vi en superleder. Superledere har nul magnetisk permeabilitet, fordi det helt udelukker magnetfeltet inde i dem. Superledere er ubrukelige til at blive brugt i kernen af en elektromagnet.
Dog er superledende elektromagneter ofte bygget, men superlederen bruges i viklingen til at etablere meget høje elektriske strømme, der producerer høje magnetiske felter.
Referencer
- Dialnet. Enkle eksperimenter til at finde magnetisk permeabilitet. Gendannes fra: dialnet.unirioja.es
- Figueroa, D. (2005). Serie: Fysik til videnskab og teknik. Bind 6. Elektromagnetisme. Redigeret af Douglas Figueroa (USB). 215-221.
- Giancoli, D. 2006. Fysik: Principper med applikationer. 6. Ed Prentice Hall. 560-562.
- Kirkpatrick, L. 2007. Fysik: Et kig på verden. 6. forkortede udgave. Cengage Learning. 233.
- Youtube. Magnetisme 5 - permeabilitet. Gendannes fra: youtube.com
- Wikipedia. Magnetfelt. Gendannet fra: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Permeabilitet (elektromagnetisme). Gendannet fra: en.wikipedia.com