Permeabilitatea magnetică

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 11 ianuarie 2020; verificările necesită 9 modificări .

Permeabilitatea magnetică este o mărime fizică , un coeficient (în funcție de proprietățile mediului) care caracterizează relația dintre inducția magnetică și intensitatea câmpului magnetic dintr-o substanță. ${B}$ ${H}$

Pentru diferite medii, acest coeficient este diferit, așa că vorbesc despre permeabilitatea magnetică a unui anumit mediu (implicând compoziția, starea, temperatura acestuia etc.).

De obicei desemnat printr-o literă greacă . Poate fi fie un scalar (pentru substanțele izotrope ) fie un tensor (pentru anizotrope ). $\mu$

Istorie

Pentru prima dată acest termen se regăsește în lucrarea lui Werner Siemens „Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus” („Contribuție la teoria electromagnetismului”) publicată în 1881 [1] .

Definiții

Relația dintre inducția magnetică și intensitatea câmpului magnetic prin permeabilitatea magnetică este introdusă astfel:

{\vec {B}}=\mu _{0}\mu {\vec {H}}

iar în cazul general trebuie înțeles aici ca un tensor, care în notația componentelor are forma [2] : $\mu$

\ B_{i}=\mu _{0}\mu _{ij}H_{j)

Pentru substanțele izotrope, notația înseamnă înmulțirea unui vector cu un scalar (permeabilitatea magnetică este redusă la un scalar în acest caz). ${\vec {B}}=\mu _{0}\mu {\vec {H}}$

Constanta magnetică se notează cu . În sistemul Gaussian , această constantă este adimensională și egală cu 1, în timp ce în Sistemul Internațional de Unități (SI) este Gn/m ( N / A 2 ). Permeabilitatea magnetică în ambele sisteme de unități este o mărime adimensională . Uneori, atunci când se folosește SI, produsul se numește absolut, iar coeficientul se numește permeabilitate magnetică relativă. $\mu_{0}$ $\mu _{0}=1,25663706212(19)\cdot 10^{-6)$ $\mu$ $\mu _{0}\mu$ $\mu$

Înțeles

Valoarea permeabilității magnetice reflectă cât de masiv sunt orientate momentele magnetice ale atomilor sau moleculelor individuale ale unui mediu dat paralel cu câmpul magnetic extern aplicat de o anumită putere standard și cât de mari sunt aceste momente. Valorile apropiate de 1 corespund unei orientări slabe a momentelor (aproape haos în direcții, parcă fără câmp) și micimea lor, și departe de 1, dimpotrivă, ordonare ridicată și valori mari sau un număr mare a momentelor magnetice individuale. $\mu$

Există o analogie cu conținutul conceptului de „ constantă dielectrică ” ca indicator al măsurării răspunsului momentelor dipolului electric ale moleculelor la un câmp electric.

Proprietăți

Permeabilitatea magnetică în SI este legată de susceptibilitatea magnetică χ prin relația:

\mu =1+\chi

iar în sistemul Gaussian , o relație similară arată ca

\mu =1+4\pi \chi

În general, permeabilitatea magnetică depinde atât de proprietățile substanței, cât și de mărimea și direcția câmpului magnetic pentru substanțele anizotrope (și, în plus, de temperatură, presiune etc.).

De asemenea, depinde de viteza de modificare a câmpului în timp, în special, pentru o modificare sinusoidală a câmpului, depinde de frecvența acestei oscilații (în acest caz, pentru a descrie magnetizarea, se introduce permeabilitatea magnetică complexă pentru a descrie efectul substanței asupra defazajului B față de H ). La frecvențe suficient de joase, adică o rată mică de schimbare a câmpului, poate fi considerată de obicei în acest sens independentă de frecvență.

Permeabilitatea magnetică depinde în mare măsură de mărimea câmpului pentru mediile care sunt neliniare ca susceptibilitate magnetică (un exemplu tipic este feromagneții , care sunt caracterizați prin histerezis magnetic ). Pentru astfel de medii, permeabilitatea magnetică, ca număr independent de câmp, poate fi indicată aproximativ, într-o aproximare liniară.

Pentru mediile neferomagnetice, const. de aproximare liniară se menține destul de bine pentru o gamă largă de intensități de câmp. $\mu=$

Clasificarea substanțelor în funcție de valoarea permeabilității magnetice

Marea majoritate a substanțelor aparțin fie clasei diamagneților ( ) fie clasei paramagneților ( ). Dar există o serie de substanțe - feromagneții , cum ar fi fierul - care au proprietăți magnetice mai pronunțate. $\mu \mai puținaproximativ 1$ $\mu \gtraprox 1$

Pentru feromagneți, din cauza histerezisului , conceptul de permeabilitate magnetică, strict vorbind, nu este aplicabil. Totuși, într-un anumit interval de modificări ale câmpului de magnetizare (în acele cazuri în care a fost posibilă neglijarea magnetizării reziduale , dar înainte de saturație), este posibil, într-o aproximare mai bună sau mai proastă, să se reprezinte această dependență ca liniară ( iar pentru materialele moi din punct de vedere magnetic, limita inferioară poate să nu fie prea semnificativă practic), iar în acest sens se poate măsura și mărimea permeabilității magnetice pentru acestea.

Supraconductorii dintr-un număr de părți se comportă ca și cum permeabilitatea lor magnetică ar fi zero: materialul împinge câmpul magnetic atunci când intră în starea supraconductoare. Uneori se spune oficial că supraconductorii sunt diamagneți ideali, deși situația este mai complicată .

Permeabilitatea magnetică a aerului este aproximativ egală cu permeabilitatea magnetică a vidului și se consideră egală cu unu în calculele tehnice [3] .

Tabele de valori

Cele două tabele de mai jos prezintă valorile permeabilității magnetice a unor [4] substanțe.

O notă despre utilizarea primului tabel:

luăm valoarea paramagnetului, de exemplu, aer - 0,38, o înmulțim cu și adăugăm unul, obținem = 1,00000038, $10^{-6}$ $\mu$
luăm valoarea unui diamagnet, de exemplu, apa - 9, o înmulțim cu și scădem din unitate, obținem = 0,999991. $10^{-6}$ $\mu$

paramagneti, $\mu>1$	$(\mu -1)\cdot 10^{6)$	Diamagneți, $\mu <1$	$(1-\mu )\cdot 10^{6)$
Azot	0,013	Hidrogen	0,063
Aer	0,38	Benzen	7.5
Oxigen	1.9	Apă	9
Ebonită	paisprezece	Cupru	10.3
Aluminiu	23	Sticlă	12.6
Tungsten	176	Sare gema	12.6
Platină	360	Cuarţ	15.1
Oxigen lichid	3400	Bismut	176

Mediu	Susceptibilitate (volumică, SI ) $\chi _{m}$	Permeabilitatea absolută , Gn/m $\mu _{0}\mu$	Permeabilitate relativă $\mu$	Un câmp magnetic	Frecvența maximă
Metglas ( în engleză Metglas )		1.25	1.000.000 [5]	la 0,5 T	100 kHz
Nanoperm ( în engleză Nanoperm )		10⋅10 -2	80.000 [6]	la 0,5 T	10 kHz
mu metal		2,5⋅10 -2	20.000 [7]	la 0,002 T
mu metal			50.000 [8]
Permalloy		1,0⋅10 -2	8000 [7]	la 0,002 T
oțel electric		5,0⋅10 -3	4000 [7]	la 0,002 T
Ferită de nichel-zinc		2,0⋅10 -5 - 8,0⋅10 -4	16-640		100 kHz la 1 MHz
Ferită mangan-zinc		> 8,0⋅10 -4	640 (și mai mult)		100 kHz la 1 MHz
Oţel		1,26⋅10 -4	100 [7]	la 0,002 T
Nichel		1,25⋅10 -4	100 [7] - 600	la 0,002 T
Magnet de neodim			1,05 [9]	până la 1,2-1,4 T
Platină		1.2569701⋅10 -6	1,000265
Aluminiu	2,22⋅10 -5 [10]	1,2566650⋅10 -6	1,000022
Lemn			1,00000043 [10]
Aer			1,00000037 [11]
Beton			1 [12]
Vid	0	1,2566371⋅10 -6 (μ 0 )	1 [13]
Hidrogen	−2,2⋅10 -9 [10]	1.2566371⋅10 -6	1,0000000
Fluoroplast		1,2567⋅10 -6 [7]	1,0000
Safir	−2,1⋅10 -7	1.2566368⋅10 -6	0,99999976
Cupru	−6,4⋅10 -6 sau −9,2⋅10 -6 [10]	1.2566290⋅10 -6	0,999994
Apă	−8,0⋅10 -6	1.2566270⋅10 -6	0,999992
Bismut	−1,66⋅10 -4	unu	0,999834
supraconductori	−1	0	0

Vezi și

Note

↑ Werner von Siemens, Lebenserinnerungen
↑ Însumarea peste un indice repetat ( j ) este implicită, adică intrarea trebuie înțeleasă astfel: . Această intrare, după cum este ușor de observat, înseamnă înmulțirea unui vector din stânga cu o matrice conform regulilor de înmulțire a matricei. $\mu _{ij}H_{j}\equiv \sum \limits _{j=1}^{3}\mu _{ij}H_{j)$
↑ Magnetizarea oțelului. Permeabilitatea magnetică. (link indisponibil) . Preluat la 16 iulie 2011. Arhivat din original la 19 martie 2011. (nedefinit)
↑ Permeabilitatea magnetică. Permeabilitatea magnetică a mediului. Permeabilitatea magnetică relativă. Permeabilitatea magnetică a unei substanțe (link inaccesibil) . Consultat la 16 iulie 2011. Arhivat din original la 12 februarie 2012. (nedefinit)
↑ „Metglas Magnetic Alloy 2714A”, „Metglas” (link indisponibil) . metglas.com. Consultat la 8 noiembrie 2011. Arhivat din original la 3 iunie 2012. (nedefinit)
↑ „Proprietățile materiale tipice ale NANOPERM”, „Magnetec” (PDF). Preluat: 8 noiembrie 2011. (nedefinit)
↑ 1 2 3 4 5 6 „Permeabilitatea relativă”, „Hiperfizică” . hiperfizică.phy-astr.gsu.edu. Consultat la 8 noiembrie 2011. Arhivat din original la 3 iunie 2012. (nedefinit)
↑ Aliaje de nichel-oțeluri inoxidabile, aliaje de nichel cupru, aliaje de nichel-crom, aliaje cu expansiune redusă . Nickel-alloys.net. Consultat la 8 noiembrie 2011. Arhivat din original la 3 iunie 2012. (nedefinit)
↑ Juha Pyrhönen, Tapani Jokinen, Valéria Hrabovcová. Proiectare Mașini Electrice Rotative (neopr.) . - John Wiley and Sons , 2009. - P. 232. - ISBN 0-470-69516-1 .
↑ 1 2 3 4 Richard A. Clarke. Clarke, R. ''Proprietățile magnetice ale materialelor'', surrey.ac.uk . ee.surrey.ac.uk. Consultat la 8 noiembrie 2011. Arhivat din original la 3 iunie 2012. (nedefinit)
↑ BD Cullity și CD Graham (2008), Introduction to Magnetic Materials, ediția a II-a, 568 p., p.16
↑ NDT.net. Determinarea proprietăţilor dielectrice ale betonului in situ la frecvenţe radar . Ndt.net. Consultat la 8 noiembrie 2011. Arhivat din original la 3 iunie 2012. (nedefinit)
↑ Exact, prin definiție.

Dicționare și enciclopedii	mare danez mare chinezesc Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	J9U : 987007543559805171 LCCN : sh85079728