МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ: ПОСТОЯННАЯ И ТАБЛИЦА - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2025

Магнитная проницаемость является физической величиной свойства материи , чтобы генерировать свое собственное магнитное поле, когда она пронизана внешним магнитным полем.

Оба поля: внешнее и собственное, накладываются друг на друга, давая результирующее поле. А на рисунке , независимо от материала, внешнее поле называют напряженность магнитного поля Н , в то время перекрытия внешнего поля плюс материал индуцированный в магнитной индукции B .

Рис. 1. Соленоид с сердечником из материала с магнитной проницаемостью μ. Источник: Wikimedia Commons.

Когда дело доходит до однородных и изотропных материалов, поля H и B пропорциональны. А константа пропорциональности (скалярная и положительная) - это магнитная проницаемость, обозначаемая греческой буквой μ:

B = μ H

В Международной системе СИ магнитная индукция B измеряется в теслах (Тл), а напряженность магнитного поля H измеряется в амперах на метр (А / м).

Поскольку μ должен гарантировать размерную однородность уравнения, единица μ в системе СИ равна:

= (Тесла ⋅ метр) / Ампер = (Т м) / А

Магнитная проницаемость вакуума

Давайте посмотрим, как магнитные поля, абсолютные значения которых мы обозначим B и H, создаются в катушке или соленоиде. Отсюда будет введено понятие магнитной проницаемости вакуума.

Соленоид состоит из спирально намотанного проводника. Каждый виток спирали называется витком. Если ток проходит через соленоидный I, то есть электромагнит , который производит магнитное поле B .

Кроме того, значение магнитной индукции B тем выше, чем больше ток i. А также при увеличении плотности n витков (число N витков на длине d соленоида).

Другой фактор, который влияет на величину магнитного поля, создаваемого соленоидом, - это магнитная проницаемость μ материала, находящегося внутри него. Наконец, величина указанного поля равна:

B = μ. i .n = μ. в)

Как указано в предыдущем разделе, напряженность магнитного поля H равна:

H = я. (N / d)

Это поле величиной H, которое зависит только от циркулирующего тока и плотности витков соленоида, «проникает» в материал с магнитной проницаемостью μ, заставляя его намагничиваться.

Затем создается полное поле величиной B, которое зависит от материала внутри соленоида.

Соленоид в вакууме

Точно так же, если материал внутри соленоида представляет собой вакуум, то поле H «проникает» в вакуум, создавая результирующее поле B. Отношение между полем B в вакууме и H, создаваемым соленоидом, определяет проницаемость вакуума. , значение которого:

μ o = 4π x ^10-7 (Тм) / А

Оказывается, предыдущее значение было точным определением до 20 мая 2019 года. С этой даты была внесена поправка в Международную систему, в результате которой μ или измеряется экспериментально.

Однако проведенные до сих пор измерения показывают, что это значение чрезвычайно точное.

Таблица магнитной проницаемости

Материалы обладают характерной магнитной проницаемостью. Теперь можно найти магнитную проницаемость с другими единицами измерения. Например, возьмем единицу индуктивности Генри (Гн):

1Н = 1 (Т * м ² ) / А.

Сравнивая эту единицу с той, что была дана в начале, видно, что есть сходство, хотя разница в квадратном метре, которым владеет Генри. По этой причине магнитная проницаемость считается индуктивностью на единицу длины:

= H / м.

Магнитная проницаемость μ тесно связана с другим физическим свойством материалов, называемым магнитной восприимчивостью χ, которая определяется как:

μ = μ или (1 + χ)

В предыдущем выражении μ o - магнитная проницаемость вакуума.

Магнитная восприимчивость χ является пропорциональность между внешним полем H и намагниченности материала М .

Относительная проницаемость

Очень часто выражают магнитную проницаемость по отношению к проницаемости вакуума. Она известна как относительная проницаемость и представляет собой не что иное, как отношение проницаемости материала к проницаемости вакуума.

Согласно этому определению относительная проницаемость безразмерна. Но это полезная концепция для классификации материалов.

Например, материалы являются ферромагнитными до тех пор, пока их относительная проницаемость намного больше единицы.

Точно так же парамагнитные вещества имеют относительную проницаемость чуть выше 1.

И, наконец, диамагнитные материалы имеют относительную проницаемость чуть ниже единицы. Причина в том, что они намагничиваются таким образом, что создают поле, противодействующее внешнему магнитному полю.

Следует отметить, что ферромагнитные материалы представляют собой явление, известное как «гистерезис», при котором они сохраняют память о ранее примененных полях. Благодаря этой характеристике они могут образовывать постоянный магнит.

Рисунок 2. Ферритовые магнитные запоминающие устройства. Источник: Wikimedia Commons

Из-за магнитной памяти ферромагнитных материалов память ранних цифровых компьютеров была небольшими ферритовыми тороидами, через которые проходили проводники. Там они сохраняли, извлекали или стирали содержимое (1 или 0) памяти.

Материалы и их проницаемость

Вот некоторые материалы с их магнитной проницаемостью в Гн / м и их относительной проницаемостью в скобках:

Железо: 6,3 х ^10-3 (5000)

Кобальт-железо : 2,3 x 10 ^-2 (18000)

Никель-железо: 1,25 х 10 ^-1 (100000)

Марганец-цинк: 2,5 х 10 ^-2 (20000)

Углеродистая сталь: 1,26 x ^10-4 (100)

Неодимовый магнит: 1,32 x ^10-5 (1,05)

Платина: 1,26 x ^10-6 1.0003

Алюминий: 1,26 × 10 ^-6 1,00002

Воздух 1,256 × 10 ^-6 (1,0000004)

Тефлон 1,256 × 10 ^-6 (1,00001)

Сухая древесина 1,256 × 10 ^-6 (1,0000003)

Медь 1,27 x10 ^-6 (0,999)

Чистая вода 1,26 × 10 ^-6 (0,999992)

Сверхпроводник: 0 (0)

Анализ таблицы

Глядя на значения в этой таблице, можно увидеть, что есть первая группа с магнитной проницаемостью по сравнению с вакуумом с высокими значениями. Это ферромагнитные материалы, очень подходящие для изготовления электромагнитов для создания больших магнитных полей.

Рис. 3. Кривые B vs. H для ферромагнитных, парамагнитных и диамагнитных материалов. Источник: Wikimedia Commons.

Затем у нас есть вторая группа материалов с относительной магнитной проницаемостью чуть выше 1. Это парамагнитные материалы.

Затем вы можете увидеть материалы с относительной магнитной проницаемостью чуть ниже единицы. Это диамагнитные материалы, такие как чистая вода и медь.

Наконец-то у нас есть сверхпроводник. Сверхпроводники имеют нулевую магнитную проницаемость, потому что полностью исключают магнитное поле внутри них. Сверхпроводники бесполезны для использования в сердечнике электромагнита.

Однако часто строят сверхпроводящие электромагниты, но сверхпроводник используется в обмотке для создания очень высоких электрических токов, которые создают сильные магнитные поля.

Ссылки

1. Dialnet. Простые эксперименты по поиску магнитной проницаемости. Получено с: dialnet.unirioja.es
2. Фигероа, Д. (2005). Серия: Физика для науки и техники. Том 6. Электромагнетизм. Отредактировал Дуглас Фигероа (USB). 215-221.
3. Джанколи, Д. 2006. Физика: принципы с приложениями. Шестой Эд Прентис Холл. 560-562.
4. Киркпатрик, Л. 2007. Физика: взгляд на мир. 6-е сокращенное издание. Cengage Learning. 233.
5. YouTube. Магнетизм 5 - проницаемость. Получено с: youtube.com
6. Wikipedia. Магнитное поле. Получено с: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Проницаемость (электромагнетизм). Получено с: en.wikipedia.com