MAGNETISK PERMEABILITET: KONSTANT OCH BORD - FYSISK - 2025

Den magnetiska permeabiliteten är den fysiska mängden av materiens egenskaper för att generera sitt eget magnetfält, när det genomsyras av ett yttre magnetfält.

Båda fälten: det externa och det egna, överlagras vilket ger ett resulterande fält. A den, oberoende av materialet, är externt fält kallas magnetiska fältstyrkan H , medan överlappande det yttre fältet plus materialet induceras i den magnetiska induktionen B .

Figur 1. Magnet med en μ magnetisk permeabilitet materialkärna. Källa: Wikimedia Commons.

När det gäller homogena och isotropa material är H- och B- fälten proportionella. Och konstantens proportionalitet (skala och positiv) är den magnetiska permeabiliteten, betecknad med den grekiska bokstaven μ:

B = μ H

I SI International System mäts den magnetiska induktionen B i Tesla (T), medan magnetfältets intensitet H mäts i Ampere över meter (A / m).

Eftersom μ måste garantera dimensionell homogenitet i ekvationen är μ-enheten i SI-systemet:

= (Tesla ⋅ meter) / Ampere = (T ⋅ m) / A

Vakuumets magnetiska permeabilitet

Låt oss se hur magnetfält, vars absoluta värden vi betecknar med B och H, produceras i en spole eller magnetventil. Därifrån kommer begreppet magnetisk permeabilitet för vakuumet att introduceras.

Magnet består av en spiral-lindad ledare. Varje varv i spiralen kallas en vänd. Om ström leds genom magnet i, så har vi en elektromagnet som alstrar ett magnetfält B .

Vidare är värdet på den magnetiska induktionen B större när strömmen i ökar. Och även när densiteten hos varv n ökar (antalet N varv mellan solenoidens längd d).

Den andra faktorn som påverkar värdet på magnetfältet som produceras av en magnetventil är den magnetiska permeabiliteten μ för det material som finns i det. Slutligen är storleken på nämnda fält:

B = μ. i .n = μ. i en)

Som nämnts i föregående avsnitt är magnetfältintensiteten H:

H = i. (N / d)

Detta fält med storleken H, som endast beror på cirkulationsströmmen och magnetomvandlingen av magnetventilen, "genomsyrar" materialet med magnetisk permeabilitet μ, vilket gör att det magnetiseras.

Sedan produceras ett totalfält av storleken B, vilket beror på materialet som finns inuti solenoiden.

Magnet i vakuum

På liknande sätt, om materialet inuti solenoiden är ett vakuum, "genomsyrar" H-fältet vakuumet, vilket ger ett resulterande fält B. Kvoten mellan B-fältet i vakuumet och H som produceras av solenoid definierar vakuumets permeabilitet. , vars värde är:

μ o = 4π x 10 ^-7 (T⋅m) / A

Det visar sig att det föregående värdet var en exakt definition fram till 20 maj 2019. Från det datumet gjordes en översyn av det internationella systemet, vilket leder till μ eller mäts experimentellt.

Mätningar som hittills gjorts indikerar dock att detta värde är extremt exakt.

Magnetiskt permeabilitetstabell

Material har en karakteristisk magnetisk permeabilitet. Nu är det möjligt att hitta den magnetiska permeabiliteten hos andra enheter. Låt oss till exempel ta enheten av induktans, som är Henry (H):

1H = 1 (T * m ² ) / A.

Jämförs denna enhet med den som gavs i början ser man att det finns en likhet, även om skillnaden är den kvadratmeter som Henry äger. Av denna anledning betraktas magnetisk permeabilitet som en induktans per enhetslängd:

= H / m.

Den magnetiska permeabiliteten μ är nära besläktad med en annan fysisk egenskap hos material, kallad magnetisk känslighet χ, som definieras som:

μ = μ eller (1 + χ)

I det föregående uttrycket μ o är vakuumets magnetiska permeabilitet.

Den magnetiska susceptibiliteten χ är proportionaliteten mellan det yttre fältet H och magnetiseringen av materialet M .

Relativ permeabilitet

Det är mycket vanligt att uttrycka den magnetiska permeabiliteten i förhållande till vakuumets permeabilitet. Det är känt som relativ permeabilitet och det är inget annat än kvoten mellan materialets permeabilitet och vakuumets.

Enligt denna definition är relativ permeabilitet enhetslös. Men det är ett användbart koncept för klassificering av material.

Till exempel är material ferromagnetiska så länge deras relativa permeabilitet är mycket större än enhet.

På samma sätt har paramagnetiska ämnen relativ permeabilitet strax över 1.

Och slutligen har diamagnetiska material relativa permeabiliteter strax under enhet. Anledningen är att de blir magnetiserade på ett sådant sätt att de producerar ett fält som motsätter sig det yttre magnetfältet.

Det är värt att nämna att ferromagnetiska material uppvisar ett fenomen som kallas "hysteres", där de håller minne om de fält som tidigare använts. Genom denna egenskap kan de bilda en permanent magnet.

Figur 2. Ferritmagnetiska minnen. Källa: Wikimedia Commons

På grund av magnetiskt minne av ferromagnetiska material var minnena från tidiga digitala datorer små ferrittorider som leddes av ledare. Där sparade, extraherade eller raderade jag innehållet (1 eller 0) i minnet.

Material och deras permeabilitet

Här är några material med deras magnetiska permeabilitet i H / m och deras relativa permeabilitet i parentes:

Järn: 6,3 x 10 ^-3 (5000)

Koboltjärn : 2,3 x 10 ^-2 (18000)

Nickeljärn: 1,25 x 10 ^-1 (100000)

Mangan-zink: 2,5 x 10 ^-2 (20000)

Kolstål: 1,26 x 10 ^-4 (100)

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

Platina: 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)

Torrt trä 1,256 x 10 ^-6 (1,0000003)

Koppar 1,27 x10 ^-6 (0,999)

Rent vatten 1,26 x 10 ^-6 (0,999992)

Superledare: 0 (0)

Tabellanalys

När man tittar på värdena i denna tabell kan man se att det finns en första grupp med magnetisk permeabilitet relativt den för vakuum med höga värden. Dessa är ferromagnetiska material, mycket lämpliga för tillverkning av elektromagneter för produktion av stora magnetfält.

Figur 3. Kurvor B vs. H för ferromagnetiska, paramagnetiska och diamagnetiska material. Källa: Wikimedia Commons.

Sedan har vi en andra grupp av material, med relativ magnetisk permeabilitet precis över 1. Dessa är de paramagnetiska materialen.

Då kan du se material med relativ magnetisk permeabilitet strax under enhet. Dessa är diamagnetiska material som rent vatten och koppar.

Äntligen har vi en superledare. Superledare har noll magnetisk permeabilitet eftersom det helt utesluter magnetfältet inuti dem. Superledare är värdelösa för att användas i kärnan i en elektromagnet.

Superledande elektromagneter byggs emellertid ofta, men superledaren används i lindningen för att upprätta mycket höga elektriska strömmar som producerar höga magnetfält.

referenser

1. Dialnet. Enkla experiment för att hitta magnetisk permeabilitet. Återställd från: dialnet.unirioja.es
2. Figueroa, D. (2005). Serie: Fysik för vetenskap och teknik. Volym 6. Elektromagnetism. Redigerad av Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6: e Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, L. 2007. Fysik: En titt på världen. 6: e förkortade upplagan. Cengage Learning. 233.
5. Youtube. Magnetism 5 - permeabilitet. Återställd från: youtube.com
6. Wikipedia. Magnetiskt fält. Återställd från: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Permeabilitet (elektromagnetism). Återställd från: en.wikipedia.com