МАГНІТНА ПРОНИКНІСТЬ: ПОСТІЙНА І НАСТІЛЬНА - ФІЗИЧНІ - 2025

Магнітна проникність є фізичною величиною властивості матерії , щоб генерувати своє власне магнітне поле, коли вона пронизана зовнішнім магнітним полем.

Обидва поля: зовнішнє і власне, накладаються, даючи результуюче поле. А на малюнку , незалежно від матеріалу, зовнішнє поле називають напруженість магнітного поля Н , в той час перекриття зовнішнього поля плюс матеріал індукований в магнітної індукції B .

Малюнок 1. Соленоїд з магнітною магнітною проникністю ядра. Джерело: Wikimedia Commons.

Якщо говорити про однорідні та ізотропні матеріали, поля H та B пропорційні. А константа пропорційності (скалярна і позитивна) - це магнітна проникність, позначена грецькою літерою μ:

B = μ H

В системі SI International магнітна індукція B вимірюється в Tesla (T), тоді як напруженість магнітного поля H вимірюється в Ампер понад метр (A / m).

Оскільки μ має гарантувати розмірну однорідність у рівнянні, одиницею μ в системі СІ є:

= (Тесла ⋅ метр) / Ампер = (Т ⋅ м) / А

Магнітна проникність вакууму

Подивимося, як магнітні поля, абсолютні значення яких позначаємо через В і Н, виробляються в котушці або соленоїді. Звідти буде введено поняття магнітної проникності вакууму.

Соленоїд складається з спірально накрученого провідника. Кожен виток спіралі називається поворотом. Якщо струм проходить через соленоїдний I, тобто електромагніт , який виробляє магнітне поле B .

Крім того, значення магнітної індукції B більше, чим збільшується струм i. А також при збільшенні щільності витків n (кількість N витків між довжиною d соленоїда).

Інший фактор, який впливає на величину магнітного поля, виробленого соленоїдом, - це магнітна проникність μ матеріалу, який знаходиться всередині нього. Нарешті, величина зазначеного поля дорівнює:

B = μ. i .n = μ. в)

Як зазначено в попередньому розділі, напруженість магнітного поля H дорівнює:

H = i. (Н / д)

Це поле величини Н, яке залежить лише від циркулюючого струму та щільності витків соленоїда, «пронизує» матеріал магнітної проникності μ, спричиняючи його намагнічування.

Тоді утворюється загальне поле величини В, яке залежить від матеріалу, який знаходиться всередині соленоїда.

Соленоїд у вакуумі

Аналогічно, якщо матеріал всередині соленоїда є вакуумом, то поле Н «пронизує» вакуум, утворюючи результуюче поле В. Коефіцієнт між полем B у вакуумі та Н, що виробляється соленоїдом, визначає проникність вакууму. , значення якого:

μ o = 4π x 10 ^-7 (T⋅m) / A

Виявляється, попереднє значення було точним визначенням до 20 травня 2019. З цієї дати було здійснено перегляд Міжнародної системи, що призводить до μ або вимірюється експериментально.

Однак проведені досі вимірювання свідчать про те, що це значення надзвичайно точне.

Таблиця магнітної проникності

Матеріали мають характерну магнітну проникність. Тепер можна знайти магнітну проникність за допомогою інших одиниць. Наприклад, візьмемо одиницю індуктивності, яка є Генрі (H):

1Н = 1 (Т * м ² ) / А.

Порівнюючи цю одиницю з тією, яку було надано на початку, видно, що існує подібність, хоча різниця - квадратний метр, яким володіє Генрі. З цієї причини магнітна проникність вважається індуктивністю на одиницю довжини:

= Г / м.

Магнітна проникність μ тісно пов'язана з іншою фізичною властивістю матеріалів, званою магнітною сприйнятливістю χ, яка визначається як:

μ = μ або (1 + χ)

У попередньому виразі μ o - магнітна проникність вакууму.

Магнітна сприйнятливість χ є пропорційність між зовнішнім полем H і намагніченості матеріалу М .

Відносна проникність

Дуже часто виражати магнітну проникність по відношенню до проникності вакууму. Він відомий як відносна проникність, і це не що інше, як коефіцієнт між проникністю матеріалу та вакуумом.

Згідно з цим визначенням відносна проникність не є одиничною. Але це корисна концепція класифікації матеріалів.

Наприклад, матеріали є феромагнітними до тих пір, поки їх відносна проникність набагато більша, ніж одиниця.

Таким же чином парамагнітні речовини мають відносну проникність трохи вище 1.

І нарешті, діамагнітні матеріали мають відносну проникність трохи нижче одиниці. Причина полягає в тому, що вони намагнічуються таким чином, що виробляють поле, яке протистоїть зовнішньому магнітному полі.

Варто згадати, що феромагнітні матеріали представляють явище, відоме як «гістерезис», в якому вони зберігають пам’ять про раніше застосовані поля. Завдяки цій характеристиці вони можуть утворювати постійний магніт.

Малюнок 2. Ферритові магнітні спогади. Джерело: Wikimedia Commons

Завдяки магнітній пам’яті феромагнітних матеріалів спогади ранніх цифрових комп'ютерів були невеликими феритовими тороїдами, які проходили провідниками. Там вони зберігали, витягували або стирали вміст (1 або 0) пам'яті.

Матеріали та їх проникність

Ось деякі матеріали з їх магнітною проникністю в Г / м та їх відносною проникністю в дужках:

Залізо: 6,3 х 10 ^-3 (5000)

Кобальт-чавун : 2,3 х 10 ^-2 (18000)

Нікель-залізо: 1,25 х 10 ^-1 (100000)

Марганець-цинк: 2,5 х 10 ^-2 (20000)

Вуглецева сталь: 1,26 x 10 ^-4 (100)

Неодимовий магніт: 1,32 x 10 ^-5 (1,05)

Платина: 1,26 х 10 ^-6 1.0003

Алюміній: 1,26 х 10 ^-6 1,000000

Повітря 1.256 x 10 ^-6 (1.0000004)

Тефлоновий 1.256 x 10 ^-6 (1.00001)

Суха деревина 1.256 x 10 ^-6 (1.0000003)

Мідь 1,27 х10 ^-6 (0,999)

Чиста вода 1,26 x 10 ^-6 (0,999992)

Надпровідник: 0 (0)

Табличний аналіз

Переглядаючи значення цієї таблиці, можна побачити, що існує перша група з магнітною проникністю щодо величини вакууму з високими значеннями. Це феромагнітні матеріали, дуже придатні для виготовлення електромагнітів для виробництва великих магнітних полів.

Малюнок 3. Криві B vs. Н для феромагнітних, парамагнітних та діамагнітних матеріалів. Джерело: Wikimedia Commons.

Тоді ми маємо другу групу матеріалів, відносна магнітна проникність трохи вище 1. Це парамагнітні матеріали.

Тоді ви можете бачити матеріали з відносною магнітною проникністю трохи нижче одиниці. Це діамагнітні матеріали, такі як чиста вода та мідь.

Нарешті у нас є надпровідник. Надпровідники мають нульову магнітну проникність, оскільки це повністю виключає магнітне поле всередині них. Надпровідники марно використовувати в ядрі електромагніту.

Однак часто проводяться надпровідні електромагніти, але надпровідник використовується в обмотці для встановлення дуже високих електричних струмів, які виробляють високі магнітні поля.

Список літератури

1. Dialnet. Прості експерименти з пошуку магнітної проникності. Відновлено з: dialnet.unirioja.es
2. Фігероа, Д. (2005). Серія: Фізика для науки та техніки. Том 6. Електромагнетизм. Під редакцією Дугласа Фігероа (USB). 215-221.
3. Джанколі, Д. 2006. Фізика: принципи застосування. 6-ий Ед Прентіс Холл. 560-562.
4. Кіркпатрик, Л. 2007. Фізика: погляд у світ. 6-е скорочене видання. Cengage Learning. 233.
5. Youtube. Магнетизм 5 - проникність. Відновлено з: youtube.com
6. Вікіпедія. Магнітне поле. Відновлено з: es.wikipedia.com
7. Вікіпедія. Проникність (електромагнетизм). Відновлено з: en.wikipedia.com