- Magnetisk permeabilitet av vakuum
- Magnetventil i vakuum
- Magnetisk permeabilitetsbord
- Relativ permeabilitet
- Materialer og permeabilitet
- Tabellanalyse
- referanser
Den magnetiske permeabiliteten er den fysiske mengden av egenskapen til materie for å generere sitt eget magnetfelt, når det gjennomsyres av et ytre magnetfelt.
Begge feltene: det ytre og det eget, legges over hverandre og gir et resulterende felt. A er, uavhengig av materialet, blir ytre felt kalt magnetisk feltstyrke H , mens overlapper det ytre felt pluss materialet induseres i den magnetiske induksjon B .
Figur 1. Magnet med en μ magnetisk permeabilitet materialkjerne. Kilde: Wikimedia Commons.
Når det gjelder homogene og isotrope materialer, er H- og B- feltene proporsjonale. Og konstanten av proporsjonalitet (skalær og positiv) er den magnetiske permeabiliteten, betegnet med den greske bokstaven μ:
B = μ H
I SI International System måles magnetisk induksjon B i Tesla (T), mens magnetfeltintensiteten H er målt i Ampere over meter (A / m).
Siden μ må garantere dimensjonal homogenitet i ligningen, er enheten for μ i SI-systemet:
= (Tesla ⋅ meter) / Ampere = (T ⋅ m) / A
Magnetisk permeabilitet av vakuum
La oss se hvordan magnetiske felt, hvis absolutte verdier vi betegner med B og H, produseres i en spole eller magnetomagnet. Derfra introduseres begrepet magnetisk permeabilitet i vakuumet.
Magneten består av en spiralviklet leder. Hver sving i spiralen kalles en sving. Når strøm føres gjennom spolen i, så har vi en elektromagnet som frembringer et magnetfelt B .
Videre er verdien av den magnetiske induksjonen B større, ettersom strømmen i økes. Og også når tettheten av svinger n øker (antall N svinger mellom lengden d på magnetventilen).
Den andre faktoren som påvirker verdien av magnetfeltet produsert av en solenoid er den magnetiske permeabiliteten μ til materialet som er inne i det. Endelig er størrelsen på nevnte felt:
B = μ. i .n = μ. i en)
Som angitt i forrige seksjon, er magnetfeltintensiteten H:
H = i. (N / d)
Dette størrelsesfeltet H, som bare er avhengig av sirkulasjonsstrømmen og tettheten av svingene i magnetomagneten, "gjennomsyrer" materialet med magnetisk permeabilitet μ, og får det til å bli magnetisert.
Da produseres et totalt felt i størrelsesorden B, som avhenger av materialet som er inne i magnetventilen.
Magnetventil i vakuum
På samme måte, hvis materialet inne i solenoiden er vakuum, "gjennomsyrer" H-feltet vakuumet og frembringer et resulterende felt B. Kvotienten mellom B-feltet i vakuum og H produsert av solenoiden definerer permeabiliteten til vakuumet. , hvis verdi er:
μ o = 4π x 10-7 (T⋅m) / A
Det viser seg at den forrige verdien var en nøyaktig definisjon frem til 20. mai 2019. Fra den datoen ble det gjort en revisjon av det internasjonale systemet, som fører til μ eller blir målt eksperimentelt.
Målinger gjort så langt indikerer imidlertid at denne verdien er ekstremt nøyaktig.
Magnetisk permeabilitetsbord
Materialer har en karakteristisk magnetisk permeabilitet. Nå er det mulig å finne den magnetiske permeabiliteten med andre enheter. La oss for eksempel ta enheten av induktans, som er Henry (H):
1H = 1 (T * m 2 ) / A.
Når man sammenligner denne enheten med den som ble gitt i begynnelsen, ser man at det er en likhet, selv om forskjellen er kvadratmeteren som Henry eier. Av denne grunn regnes magnetisk permeabilitet som en induktans per lengdeenhet:
= H / m.
Den magnetiske permeabiliteten μ er nært beslektet med en annen fysisk egenskap til materialer, kalt magnetisk følsomhet χ, som er definert som:
μ = μ eller (1 + χ)
I det forrige uttrykket μ o er vakuumets magnetiske permeabilitet.
Den magnetiske susceptibilitet χ er det proporsjonalitet mellom det ytre felt H og det magnetiseringen av materialet M .
Relativ permeabilitet
Det er veldig vanlig å uttrykke den magnetiske permeabiliteten i forhold til vakuumets permeabilitet. Det er kjent som relativ permeabilitet, og det er ikke annet enn kvotienten mellom permeabiliteten til materialet og vakuumets.
I henhold til denne definisjonen er relativ permeabilitet enhetløs. Men det er et nyttig konsept for klassifisering av materialer.
For eksempel er materialer ferromagnetiske så lenge deres relative permeabilitet er mye større enn enhet.
På samme måte har paramagnetiske stoffer relativ permeabilitet like over 1.
Og til slutt har diamagnetiske materialer relative permeabiliteter rett under enheten. Årsaken er at de blir magnetisert på en slik måte at de produserer et felt som motsetter seg det ytre magnetfeltet.
Det er verdt å nevne at ferromagnetiske materialer presenterer et fenomen kjent som "hysterese", der de holder minne om felt som tidligere er brukt. I kraft av denne egenskapen kan de danne en permanent magnet.
Figur 2. Ferritmagnetiske minner. Kilde: Wikimedia Commons
På grunn av det magnetiske minnet fra ferromagnetiske materialer, var minnene fra tidlige digitale datamaskiner små ferritt-toroider krysset av ledere. Der lagret, hentet ut eller slettet innholdet (1 eller 0) i minnet.
Materialer og permeabilitet
Her er noen materialer, med deres magnetiske permeabilitet i H / m og deres relative permeabilitet i parentes:
Jern: 6,3 x 10 -3 (5000)
Koboltjern : 2,3 x 10 -2 (18000)
Nikkeljern: 1,25 x 10 -1 (100000)
Mangan-sink: 2,5 x 10 -2 (20000)
Karbonstål: 1,26 x 10 -4 (100)
Neodymmagnet: 1,32 x 10 -5 (1,05)
Platinum: 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 tre 1.256 x 10-6 (1.0000003)
Kobber 1,27 x 10-6 (0,999)
Rent vann 1,26 x 10-6 (0,999992)
Superleder: 0 (0)
Tabellanalyse
Når man ser på verdiene i denne tabellen, kan man se at det er en første gruppe med magnetisk permeabilitet i forhold til den for vakuum med høye verdier. Dette er ferromagnetiske materialer, veldig egnet for fremstilling av elektromagneter for produksjon av store magnetfelt.
Figur 3. Kurver B vs. H for ferromagnetiske, paramagnetiske og diamagnetiske materialer. Kilde: Wikimedia Commons.
Så har vi en andre gruppe av materialer, med relativ magnetisk permeabilitet rett over 1. Dette er de paramagnetiske materialene.
Da kan du se materialer med relativ magnetisk permeabilitet rett under enheten. Dette er diamagnetiske materialer som rent vann og kobber.
Endelig har vi en superleder. Superledere har null magnetisk permeabilitet fordi det helt utelukker magnetfeltet inni dem. Superledere er ubrukelige å brukes i kjernen av en elektromagnet.
Imidlertid er superledende elektromagneter ofte bygget, men superlederen brukes i viklingen for å etablere veldig høye elektriske strømmer som produserer høye magnetiske felt.
referanser
- Dialnet. Enkle eksperimenter for å finne magnetisk permeabilitet. Gjenopprettet fra: dialnet.unirioja.es
- Figueroa, D. (2005). Serie: Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 6. Elektromagnetisme. Redigert av Douglas Figueroa (USB). 215-221.
- Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6. Ed Prentice Hall. 560-562.
- Kirkpatrick, L. 2007. Fysikk: En titt på verden. 6. forkortede utgave. Cengage Learning. 233.
- Youtube. Magnetisme 5 - permeabilitet. Gjenopprettet fra: youtube.com
- Wikipedia. Magnetfelt. Gjenopprettet fra: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Permeabilitet (elektromagnetisme). Gjenopprettet fra: en.wikipedia.com