- Magnetická priepustnosť vákua
- Solenoid vo vákuu
- Tabuľka magnetickej priepustnosti
- Relatívna priepustnosť
- Materiály a ich priepustnosť
- Analýza tabuľky
- Referencie
Magnetická permeabilita je fyzikálna veličina vlastnosti hmoty pre vytvorenie jej vlastné magnetické pole, keď je prestúpená vonkajším magnetickým poľom.
Obidve polia: vonkajšie aj vlastné, sa prekrývajú, čím sa získa výsledné pole. Å, nezávisle od materiálu, vonkajšie pole nazýva intenzita magnetického poľa H , pričom prekrývajúce vonkajší poľa a materiál sa indukuje magnetickej indukcie B .
Obrázok 1. Solenoid s jadrom materiálu s magnetickou permeabilitou. Zdroj: Wikimedia Commons.
Pokiaľ ide o homogénne a izotropné materiály, polia H a B sú proporcionálne. A konštanta proporcionality (skalárna a pozitívna) je magnetická permeabilita, označená gréckym písmenom μ:
B = μ H
V SI International System sa magnetická indukcia B meria v Tesla (T), zatiaľ čo intenzita magnetického poľa H sa meria v ampéroch nad meter (A / m).
Pretože μ musí zaručovať rozmerovú homogenitu v rovnici, jednotka μ v systéme SI je:
= (Tesla ⋅ meter) / Ampér = (Tm) / A
Magnetická priepustnosť vákua
Pozrime sa, ako sa v cievke alebo solenoide vytvárajú magnetické polia, ktorých absolútne hodnoty označujeme pomocou B a H. Odtiaľ bude predstavená koncepcia magnetickej priepustnosti vákua.
Solenoid pozostáva zo špirálovito vinutého vodiča. Každé otočenie špirály sa nazýva otočenie. Ak prúd je prešiel elektromagnetu i, potom máme elektromagnet, ktorý vytvára magnetické pole B .
Okrem toho je hodnota magnetickej indukcie B vyššia, keď sa zvyšuje prúd i. A tiež keď sa zvyšuje hustota zákrut n (počet N zákrutov medzi dĺžkou d solenoidu).
Ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje hodnotu magnetického poľa vytváraného solenoidom, je magnetická permeabilita μ materiálu, ktorý je v ňom. Nakoniec, veľkosť uvedeného poľa je:
B = μ. i. n = μ. v)
Ako je uvedené v predchádzajúcej časti, intenzita magnetického poľa H je:
H = i. (N / d)
Toto pole veľkosti H, ktoré závisí iba od cirkulujúceho prúdu a hustoty zákrut solenoidu, „prestupuje“ materiál magnetickej permeability μ, čo spôsobuje jeho magnetizáciu.
Potom sa vytvorí celkové pole veľkosti B, ktoré závisí od materiálu, ktorý je vo vnútri solenoidu.
Solenoid vo vákuu
Podobne, ak je materiál vo vnútri solenoidu vákuum, potom pole H „prenikne“ vákuum, čím vznikne výsledné pole B. Kvocient medzi poľom B vo vákuu a H produkovaným solenoidom definuje priepustnosť vákua. , ktorého hodnota je:
μo = 4n x 10-7 (Tm) / A
Ukazuje sa, že predchádzajúca hodnota bola presnou definíciou do 20. mája 2019. Od tohto dátumu bola vykonaná revízia medzinárodného systému, ktorá viedla k μ alebo k experimentálnemu meraniu.
Doteraz vykonané merania však naznačujú, že táto hodnota je mimoriadne presná.
Tabuľka magnetickej priepustnosti
Materiály majú charakteristickú magnetickú permeabilitu. Teraz je možné nájsť magnetickú permeabilitu s inými jednotkami. Vezmime napríklad jednotku indukčnosti, ktorou je Henry (H):
1H = 1 (T * m 2 ) / A.
Pri porovnaní tejto jednotky s jednotkou, ktorá bola uvedená na začiatku, je zrejmé, že existuje podobnosť, hoci rozdiel je v metroch štvorcových, ktoré vlastní Henry. Z tohto dôvodu sa magnetická priepustnosť považuje za indukčnosť na jednotku dĺžky:
= H / m.
Magnetická permeabilita μ úzko súvisí s ďalšou fyzikálnou vlastnosťou materiálov, ktorá sa nazýva magnetická susceptibility χ, ktorá je definovaná ako:
μ = μ alebo (1 + χ)
V predchádzajúcom výraze μ o je magnetická priepustnosť vákua.
Magnetická susceptibilita χ je proporcionalita medzi vonkajším pole H a magnetizácii materiálu M .
Relatívna priepustnosť
Je veľmi bežné vyjadrovať magnetickú priepustnosť vo vzťahu k priepustnosti vákua. Je známa ako relatívna priepustnosť a nejde iba o kvocient medzi priepustnosťou materiálu a priepustnosťou vákua.
Podľa tejto definície je relatívna priepustnosť jednotková. Je to však užitočný koncept na klasifikáciu materiálov.
Napríklad materiály sú feromagnetické, pokiaľ je ich relatívna priepustnosť oveľa väčšia ako jednota.
Rovnakým spôsobom majú paramagnetické látky relatívnu priepustnosť tesne nad 1.
A nakoniec, diamagnetické materiály majú relatívne priepustnosť tesne pod jednotou. Dôvod je ten, že sa zmagnetizujú takým spôsobom, že vytvárajú pole, ktoré je proti vonkajšiemu magnetickému poľu.
Za zmienku stojí, že feromagnetické materiály predstavujú jav známy ako „hysterézia“, v ktorom uchovávajú spomienky na predtým použité polia. Na základe tejto vlastnosti môžu tvoriť permanentný magnet.
Obrázok 2. Feritové magnetické spomienky. Zdroj: Wikimedia Commons
Kvôli magnetickej pamäti feromagnetických materiálov boli spomienkami starších digitálnych počítačov malé feritové toroidy prechádzané vodičmi. Tam uložili, extrahovali alebo vymazali obsah pamäte (1 alebo 0).
Materiály a ich priepustnosť
Tu je niekoľko materiálov s ich magnetickou permeabilitou v H / ma relatívnou permeabilitou v zátvorkách:
Železo: 6,3 x 10 -3 (5 000)
Kobalt-železo : 2,3 x 10 -2 (18000)
Nikel-železo: 1,25 x 10 -1 (100000)
Mangán-zinok: 2,5 x 10 -2 (20000)
Uhlíková oceľ: 1,26 x 10-4 (100)
Neodymový magnet: 1,32 x 10-5 (1,05)
Platina: 1,26 x 10-6 1 0003
Hliník: 1,26 x 10-6 1,00002
Vzduch 1,256 x 10-6 (1,0000004)
Teflón 1,256 x 10-6 (1,00001)
Suché drevo 1,256 x 10-6 (1,0000003)
Meď 1,27 x 10 -6 (0,999)
Čistá voda 1,26 x 10-6 (0,999992)
Supravodič: 0 (0)
Analýza tabuľky
Pri pohľade na hodnoty v tejto tabuľke je zrejmé, že existuje prvá skupina s magnetickou permeabilitou v porovnaní s priepustnosťou pri vysokých hodnotách. Sú to feromagnetické materiály, veľmi vhodné na výrobu elektromagnetov na výrobu veľkých magnetických polí.
Obrázok 3. Krivky B vs. H pre feromagnetické, paramagnetické a diamagnetické materiály. Zdroj: Wikimedia Commons.
Potom máme druhú skupinu materiálov s relatívnou magnetickou permeabilitou tesne nad 1. Toto sú paramagnetické materiály.
Potom môžete vidieť materiály s relatívnou magnetickou permeabilitou hneď pod jednotou. Sú to diamagnetické materiály, ako je čistá voda a meď.
Nakoniec máme supravodič. Supravodiče majú nulovú magnetickú priepustnosť, pretože úplne vylučuje magnetické pole v nich. Supravodiče sú zbytočné na použitie v jadre elektromagnetu.
Supravodivé elektromagnety sa však často stavajú, ale supravodič sa používa vo vinutí na vytvorenie veľmi vysokých elektrických prúdov, ktoré vytvárajú vysoké magnetické polia.
Referencie
- Dialnet. Jednoduché experimenty na zistenie magnetickej permeability. Obnovené z: dialnet.unirioja.es
- Figueroa, D. (2005). Séria: Fyzika pre vedu a techniku. Zväzok 6. Elektromagnetizmus. Editoval Douglas Figueroa (USB). 215-221.
- Giancoli, D. 2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6. ed Prentice Hall. 560-562.
- Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: Pohľad na svet. 6. skrátené vydanie. Cengage Learning. 233.
- Ty trúbka. Magnetizmus 5 - priepustnosť. Obnovené z: youtube.com
- Wikipedia. Magnetické pole. Obnovené z: es.wikipedia.com
- Wikipedia. Priepustnosť (elektromagnetizmus). Obnovené z: en.wikipedia.com