MAGNETICKÁ PROPUSTNOST: KONSTANTA A STŮL - FYZICKÝ - 2025

Magnetická permeabilita je fyzikální veličina vlastnosti hmoty pro vytvoření její vlastní magnetické pole, když je prostoupena vnějším magnetickým polem.

Obě pole: vnější i vlastní, se překrývají, čímž vznikne výsledné pole. Å, nezávisle na materiálu, vnější pole nazývá intenzita magnetického pole H, přičemž překrývající vnější pole a materiál se indukuje magnetické indukce B.

Obrázek 1. Solenoid s jádrem z materiálu s magnetickou permeabilitou. Zdroj: Wikimedia Commons.

Pokud jde o homogenní a izotropní materiály, pole H a B jsou proporcionální. A konstanta proporcionality (skalární a pozitivní) je magnetická permeabilita, označená řeckým písmenem μ:

B = μH

V systému SI International je magnetická indukce B měřena v Tesla (T), zatímco intenzita magnetického pole H je měřena v ampérech na metr (A / m).

Protože μ musí zaručit homogenitu rozměrů v rovnici, je jednotkou μ v systému SI:

= (Tesla ⋅ metr) / Ampér = (T ⋅ m) / A

Magnetická propustnost vakua

Podívejme se, jak jsou magnetická pole, jejichž absolutní hodnoty označujeme pomocí B a H, vytvářena v cívce nebo solenoidu. Odtud bude představena koncepce magnetické propustnosti vakua.

Solenoid sestává ze spirálovitě vinutého vodiče. Každé otočení spirály se nazývá otočení. Pokud proud je prošel elektromagnetu i, pak máme elektromagnet, který vytváří magnetické pole B.

Kromě toho je hodnota magnetické indukce B větší, když se zvyšuje i. A také, když se zvyšuje hustota závitů n (počet N závitů mezi délkou d solenoidu).

Dalším faktorem, který ovlivňuje hodnotu magnetického pole vytvářeného solenoidem, je magnetická permeabilita μ materiálu, který je uvnitř. Konečně, velikost uvedeného pole je:

B = μ. i. n = μ. v)

Jak je uvedeno v předchozí části, intenzita magnetického pole H je:

H = i. (N / d)

Toto pole velikosti H, které závisí pouze na cirkulujícím proudu a hustotě zatáček solenoidu, „prostupuje“ materiál magnetické propustnosti μ, což způsobuje jeho magnetizaci.

Poté se vytvoří celkové pole velikosti B, které závisí na materiálu, který je uvnitř solenoidu.

Solenoid ve vakuu

Podobně, pokud je materiál uvnitř solenoidu vakuum, potom pole H „prostupuje“ vakuum a vytváří výsledné pole B. Kvocient mezi polem B ve vakuu a H produkovaný solenoidem definuje propustnost vakua., jehož hodnota je:

μo = 4π x ^10-7 (Tm) / A

Ukazuje se, že předchozí hodnota byla přesná definice do 20. května 2019. Od tohoto data byla provedena revize mezinárodního systému, což vedlo k μ nebo k experimentálnímu měření.

Dosud provedená měření však ukazují, že tato hodnota je extrémně přesná.

Tabulka magnetické propustnosti

Materiály mají charakteristickou magnetickou permeabilitu. Nyní je možné najít magnetickou permeabilitu s jinými jednotkami. Vezměme například jednotku indukčnosti, kterou je Henry (H):

1H = 1 (T * m ²) / A.

Při porovnání této jednotky s jednotkou, která byla uvedena na začátku, je vidět, že existuje podobnost, i když rozdíl je v metrech čtverečních, které Henry vlastní. Z tohoto důvodu je magnetická propustnost považována za indukčnost na jednotku délky:

= H / m.

Magnetická propustnost μ úzce souvisí s další fyzikální vlastností materiálů, nazývanou magnetická susceptibility χ, která je definována jako:

μ = μ nebo (1 + χ)

V předchozím výrazu μ o je magnetická propustnost vakua.

Magnetická susceptibilita χ je proporcionalita mezi vnějším pole H a magnetizaci materiálu M.

Relativní propustnost

Je velmi běžné vyjadřovat magnetickou propustnost ve vztahu k propustnosti vakua. Je známa jako relativní propustnost a není to nic jiného než kvocient mezi propustností materiálu a propustností vakua.

Podle této definice je relativní propustnost jednotková. Je to však užitečný koncept pro klasifikaci materiálů.

Například materiály jsou feromagnetické, pokud je jejich relativní propustnost mnohem větší než jednota.

Stejně tak mají paramagnetické látky relativní propustnost těsně nad 1.

A konečně mají diamagnetické materiály relativní propustnost těsně pod jednotou. Důvodem je to, že se zmagnetizují tak, že vytvářejí pole, které je proti vnějšímu magnetickému poli.

Stojí za zmínku, že feromagnetické materiály představují jev známý jako „hystereze“, ve kterém si uchovávají paměť dříve použitých polí. Na základě této vlastnosti mohou tvořit permanentní magnet.

Obrázek 2. Feritové magnetické paměti. Zdroj: Wikimedia Commons

Kvůli magnetické paměti feromagnetických materiálů byly vzpomínkami na rané digitální počítače malé feritové toroidy procházené vodiči. Tam uložili, extrahovali nebo vymazali obsah paměti (1 nebo 0).

Materiály a jejich propustnost

Zde jsou některé materiály, s jejich magnetickou propustností v H / ma jejich relativní propustností v závorkách:

Železo: 6,3 x 10 ^-3 (5 000)

Kobalt-železo: 2,3 x 10 ^-2 (18000)

Nikl-železo: 1,25 x 10 ^-1 (100000)

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

Uhlíková ocel: 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)

Teflon 1,256 x ^10-6 (1,00001)

Suché dřevo 1,256 x ^10-6 (1,0000003)

Měď 1,27 x 10 ^-6 (0,999)

Čistá voda 1,26 x ^10-6 (0,999992)

Supravodič: 0 (0)

Tabulka analýzy

Při pohledu na hodnoty v této tabulce je vidět, že existuje první skupina s magnetickou permeabilitou ve srovnání s propustností s vysokými hodnotami. Jedná se o feromagnetické materiály, velmi vhodné pro výrobu elektromagnetů pro výrobu velkých magnetických polí.

Obrázek 3. Křivky B vs. H pro feromagnetické, paramagnetické a diamagnetické materiály. Zdroj: Wikimedia Commons.

Pak máme druhou skupinu materiálů s relativní magnetickou permeabilitou těsně nad 1. To jsou paramagnetické materiály.

Pak můžete vidět materiály s relativní magnetickou permeabilitou těsně pod jednotou. Jedná se o diamagnetické materiály, jako je čistá voda a měď.

Nakonec máme supravodič. Supravodiče mají nulovou magnetickou permeabilitu, protože zcela vylučují magnetické pole uvnitř nich. Supravodiče jsou zbytečné pro použití v jádru elektromagnetu.

Supravodivé elektromagnety jsou však často stavěny, ale supravodič se ve vinutí používá k vytvoření velmi vysokých elektrických proudů, které vytvářejí vysoká magnetická pole.

Reference

1. Dialnet. Jednoduché experimenty k nalezení magnetické permeability. Obnoveno z: dialnet.unirioja.es
2. Figueroa, D. (2005). Série: Fyzika pro vědu a techniku. Svazek 6. Elektromagnetismus. Editoval Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, D. 2006. Fyzika: Principy s aplikacemi. 6. ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: Pohled na svět. 6. zkrácené vydání. Cengage Learning. 233.
5. Youtube. Magnetismus 5 - propustnost. Obnoveno z: youtube.com
6. Wikipedia. Magnetické pole. Obnoveno z: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Propustnost (elektromagnetismus). Obnoveno z: en.wikipedia.com