MAGNETSKA PROPUSNOST: KONSTANTNA I STOLNA - FIZIČKA - 2024

Magnetska permeabilnost je fizička količina imovine materije stvoriti vlastiti magnetsko polje, kada je prožeta vanjskog magnetskog polja.

Oba polja: vanjsko i vlastito, prekrivaju se tako da daju rezultirajuće polje. A, dobiva se, neovisno o materijalu, vanjskog polja zove jakost magnetskog polja H, a vanjski prekrivanje polje plus materijal inducira magnetske indukcije B.

Slika 1. Solenoid sa µ magnetskom jezgrom propusnosti materijala. Izvor: Wikimedia Commons.

Kada je riječ o homogenim i izotropnim materijalima, polja H i B su proporcionalna. A konstanta proporcionalnosti (skalarna i pozitivna) je magnetska propusnost, označena grčkim slovom μ:

B = μ H

U SI međunarodnom sustavu magnetska indukcija B mjeri se u Tesli (T), dok se intenzitet magnetskog polja H mjeri u Amperu preko metra (A / m).

Budući da μ mora jamčiti dimenzionalnu homogenost u jednadžbi, jedinica μ u SI sustavu je:

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

Magnetska propusnost vakuuma

Pogledajmo kako se u zavojnici ili solenoidu stvaraju magnetska polja, čije apsolutne vrijednosti označavamo s B i H. Odatle će se uvesti pojam magnetske propusnosti vakuuma.

Solenoid se sastoji od spiralno namotanog vodiča. Svaki zaokret spirale naziva se zaokret. Ako struja prolazi kroz elektromagnetski sam, a onda smo elektromagnet koji proizvodi magnetsko polje B.

Nadalje, vrijednost magnetske indukcije B veća je što se struja i povećava. A također i kada se gustoća zavoja n poveća (broj N zavoja između duljine d solenoida).

Drugi faktor koji utječe na vrijednost magnetskog polja proizvedenog solenoidom je magnetska propusnost µ materijala koji se nalazi unutar njega. Konačno, veličina navedenog polja je:

B = μ. i.n = µ. u)

Kao što je navedeno u prethodnom odjeljku, intenzitet magnetskog polja H je:

H = i. (N / d)

Ovo polje veličine H, koje ovisi samo o kružnoj struji i gustoći zavoja solenoida, "prožima" materijal magnetske propusnosti μ, uzrokujući ga magnetiziranje.

Tada se stvara ukupno polje veličine B, koje ovisi o materijalu koji se nalazi unutar solenoida.

Solenoid u vakuumu

Slično tome, ako je materijal unutar magnetnog vakuuma vakuum, tada H polje "prožima" vakuum stvarajući rezultirajuće polje B. Kvocijent između B polja u vakuumu i H proizvedenog od solenoida definira propusnost vakuuma., čija je vrijednost:

μ o = 4π x 10 ^-7 (T⋅m) / A

Ispada da je prethodna vrijednost bila točna definicija do 20. svibnja 2019. Od tog datuma izvršena je revizija međunarodnog sustava, koja dovodi do μ ili se mjeri eksperimentalno.

Međutim, dosadašnja mjerenja pokazuju da je ta vrijednost izuzetno točna.

Tablica magnetske propusnosti

Materijali imaju karakterističnu magnetsku propusnost. Sada je moguće pronaći magnetsku propusnost s drugim jedinicama. Na primjer, uzmimo jedinicu induktivnosti, a to je Henry (H):

IH = 1 (T * m ²) / A.

Ako usporedimo ovu jedinicu s onom koja je dana na početku, vidi se da postoji sličnost, mada je razlika kvadratni metar koji posjeduje Henry. Iz tog razloga magnetska propusnost smatra se induktivnošću po jedinici duljine:

= H / m.

Magnetska propusnost μ usko je povezana s drugim fizičkim svojstvima materijala, nazvanim magnetska osjetljivost χ, koje je definirano kao:

μ = μ ili (1 + χ)

U prethodnom izrazu μ o, je magnetska propusnost vakuuma.

Χ magnetska susceptibilnost proporcionalnost između vanjskog polja H i magnetizacije materijala M.

Relativna propusnost

Vrlo je uobičajena izraziti magnetsku propusnost u odnosu na propusnost vakuuma. Poznata je kao relativna propusnost i nije ništa drugo do omjer propusnosti materijala i vakuuma.

Prema ovoj definiciji, relativna propusnost je neiscrpna. No, koristan je koncept za razvrstavanje materijala.

Na primjer, materijali su feromagnetski sve dok je njihova relativna propusnost mnogo veća od jedinstva.

Na isti način, paramagnetne tvari imaju relativnu propusnost malo iznad 1.

I na kraju, dijamagnetski materijali imaju relativnu propusnost odmah ispod jedinstva. Razlog je taj što se magnetiziraju na takav način da proizvode polje koje je suprotno vanjskom magnetskom polju.

Vrijedno je spomenuti da feromagnetski materijali predstavljaju fenomen poznat kao "histereza", u kojem čuvaju uspomenu na prethodno primijenjena polja. Zahvaljujući tim svojstvima oni mogu formirati trajni magnet.

Slika 2. Feritna magnetska sjećanja. Izvor: Wikimedia Commons

Zbog magnetske memorije feromagnetskih materijala, sjećanja ranih digitalnih računala bili su mali feritni toroidi kojima su prolazili provodnici. Tamo su spremili, izdvojili ili izbrisali sadržaj (1 ili 0) memorije.

Materijali i njihova propusnost

Evo nekoliko materijala s njihovom magnetskom propusnošću u H / m i njihovom relativnom propusnošću u zagradama:

Željezo: 6,3 x 10 ^-3 (5000)

Kobaltno željezo: 2,3 x 10 ^-2 (18000)

Nikal-željezo: 1,25 x 10 ^-1 (100000)

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

Ugljični čelik: 1,26 x 10 ^-4 (100)

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

Platina: 1,26 x 10 ^-6 1.0003

Aluminij: 1,26 x 10 ^-6 1.00002

Zrak 1.256 x 10 ^-6 (1.0000004)

Teflon 1.256 x 10 ^-6 (1.00001)

Suho drvo 1.256 x 10 ^-6 (1.0000003)

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

Čista voda 1,26 x 10 ^-6 (0,999992)

Superprevodnik: 0 (0)

Analiza tablice

Gledajući vrijednosti u ovoj tablici, vidi se da postoji prva skupina s magnetskom propusnošću u odnosu na vakuum s visokim vrijednostima. To su feromagnetski materijali, vrlo pogodni za proizvodnju elektromagneta za proizvodnju velikih magnetskih polja.

Slika 3. Krivulje B vs. H za feromagnetske, paramagnetske i dijamagnetske materijale. Izvor: Wikimedia Commons.

Zatim imamo drugu skupinu materijala, s relativnom magnetskom propusnošću malo iznad 1. To su paramagnetni materijali.

Tada možete vidjeti materijale s relativnom magnetskom propusnošću malo ispod jedinstva. To su dijamagnetski materijali poput čiste vode i bakra.

Napokon imamo superprevodnik. Superprovodnici imaju nultu magnetsku propusnost jer potpuno isključuje magnetsko polje unutar njih. Superprevodnici se beskorisno koriste u jezgri elektromagneta.

Doduše, često se grade superprevodni elektromagneti, ali se superprevodnik koristi u namotu da se uspostave vrlo visoke električne struje koje proizvode visoka magnetska polja.

Reference

1. Dialnet. Jednostavni eksperimenti za pronalaženje magnetske propusnosti. Oporavak od: dialnet.unirioja.es
2. Figueroa, D. (2005). Serija: Fizika za znanost i inženjerstvo. Svezak 6. Elektromagnetizam. Uredio Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, D. 2006. Fizika: Načela s primjenama. 6. dvorana Ed Prentice. 560-562.
4. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pogled na svijet. 6. skraćeno izdanje. Cengage Learning. 233.
5. Youtube. Magnetizam 5 - propusnost. Oporavilo od: youtube.com
6. Wikipedia. Magnetsko polje. Oporavak od: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Propusnost (elektromagnetizam). Oporavilo sa: en.wikipedia.com