Magnetisk permeabilitet

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 11 januari 2020; kontroller kräver 9 redigeringar .

Magnetisk permeabilitet är en fysisk storhet , en koefficient (beroende på mediets egenskaper) som kännetecknar förhållandet mellan magnetisk induktion och magnetfältstyrkan i ett ämne. ${B}$ ${H}$

För olika medier är denna koefficient annorlunda, så de talar om den magnetiska permeabiliteten för ett visst medium (vilket antyder dess sammansättning, tillstånd, temperatur, etc.).

Betecknas vanligtvis med en grekisk bokstav . Det kan vara antingen en skalär (för isotropa ämnen ) eller en tensor (för anisotropa ). $\mu$

Historik

För första gången återfinns denna term i Werner Siemens verk "Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus" ("Bidrag till teorin om elektromagnetism") publicerad 1881 [1] .

Definitioner

Förhållandet mellan magnetisk induktion och magnetisk fältstyrka genom magnetisk permeabilitet introduceras som:

{\vec {B}}=\mu _{0}\mu {\vec {H}}

och i det allmänna fallet ska det här förstås som en tensor, som i komponentnotationen har formen [2] : $\mu$

{\displaystyle \ B_{i}=\mu _{0}\mu _{ij}H_{j))

För isotropa ämnen betyder notationen att en vektor multipliceras med en skalär (den magnetiska permeabiliteten reduceras till en skalär i detta fall). ${\vec {B}}=\mu _{0}\mu {\vec {H}}$

Den magnetiska konstanten betecknas med . I det Gaussiska systemet är denna konstant dimensionslös och lika med 1, medan den i det internationella enhetssystemet (SI) är Gn/m ( N / A 2 ). Den magnetiska permeabiliteten i båda systemen av enheter är en dimensionslös storhet . Ibland, när man använder SI, kallas produkten absolut, och koefficienten kallas relativ magnetisk permeabilitet. $\mu_{0}$ ${\displaystyle \mu _{0}=1.25663706212(19)\cdot 10^{-6))$ $\mu$ $\mu _{0}\mu$ $\mu$

Betydelse

Värdet på magnetisk permeabilitet återspeglar hur massivt de magnetiska momenten hos enskilda atomer eller molekyler i ett givet medium är orienterade parallellt med det applicerade externa magnetfältet med en viss standardstyrka och hur stora dessa moment är. Värden nära 1 motsvarar en svag orientering av momenten (nästan kaos i riktningar, som utan ett fält) och deras litenhet, och långt ifrån 1, tvärtom, hög ordning och stora värden eller ett stort antal individuella magnetiska moment. $\mu$

Det finns en analogi med innehållet i begreppet " dielektricitetskonstant " som en indikator på måttet på svaret hos molekylers elektriska dipolmoment på ett elektriskt fält.

Egenskaper

Den magnetiska permeabiliteten i SI är relaterad till den magnetiska känsligheten χ genom relationen:

\mu =1+\chi

och i det Gaussiska systemet ser ett liknande förhållande ut

\mu =1+4\pi \chi

Generellt sett beror den magnetiska permeabiliteten både på ämnets egenskaper och på magnetfältets storlek och riktning för anisotropa ämnen (och dessutom på temperatur, tryck etc.).

Det beror också på fältets förändringshastighet med tiden, i synnerhet för en sinusformad förändring i fältet beror det på frekvensen av denna oscillation (i detta fall, för att beskriva magnetiseringen, introduceras komplex magnetisk permeabilitet för att beskriva ämnets inverkan på fasförskjutningen B i förhållande till H ). Vid tillräckligt låga frekvenser, d.v.s. en liten förändringshastighet i fältet, kan den vanligtvis i denna mening anses vara oberoende av frekvensen.

Magnetisk permeabilitet beror starkt på fältets storlek för media som är olinjära i magnetisk susceptibilitet (ett typiskt exempel är ferromagneter , som kännetecknas av magnetisk hysteres ). För sådana medier kan den magnetiska permeabiliteten, som ett tal oberoende av fältet, anges ungefär, i en linjär approximation.

För icke-ferromagnetiska medier håller den linjära approximationskonst ganska bra för ett brett spektrum av fältstyrkor. $\mu=$

Klassificering av ämnen enligt värdet av magnetisk permeabilitet

De allra flesta ämnen tillhör antingen klassen diamagneter ( ) eller klassen paramagneter ( ). Men det finns ett antal ämnen - ferromagneter , som järn - som har mer uttalade magnetiska egenskaper. $\mu \lessapprox 1$ $\mu \gtrapprox 1$

För ferromagneter, på grund av hysteres , är begreppet magnetisk permeabilitet strängt taget inte tillämpligt. Men i ett visst intervall av förändringar i magnetiseringsfältet (i de fall där det var möjligt att försumma restmagnetiseringen , men före mättnad), är det möjligt, i en bättre eller sämre approximation, att fortfarande representera detta beroende som linjärt ( och för magnetiskt mjuka material kanske den nedre gränsen inte är för praktiskt signifikant), och i denna mening kan storleken på den magnetiska permeabiliteten också mätas för dem.

Supraledare i ett antal delar beter sig som om deras magnetiska permeabilitet är noll: materialet trycker ut magnetfältet när det går in i supraledande tillstånd. Ibland sägs det formellt att supraledare är idealiska diamagneter, även om situationen är mer komplicerad .

Luftens magnetiska permeabilitet är ungefär lika med vakuumets magnetiska permeabilitet och tas lika med ett i tekniska beräkningar [3] .

Värdetabeller

De två tabellerna nedan visar värdena för den magnetiska permeabiliteten för vissa [4] ämnen.

En anteckning om att använda den första tabellen:

vi tar värdet på paramagneten, till exempel luft - 0,38, multiplicera det med och addera en, vi får = 1,00000038, $10^{-6}$ $\mu$
vi tar värdet på en diamagnet, till exempel vatten - 9, multiplicerar det med och subtraherar från enhet, vi får = 0,999991. $10^{-6}$ $\mu$

paramagneter, $\mu>1$	${\displaystyle (\mu -1)\cdot 10^{6))$	Diamagneter, $\mu <1$	${\displaystyle (1-\mu )\cdot 10^{6))$
Kväve	0,013	Väte	0,063
Luft	0,38	Bensen	7.5
Syre	1.9	Vatten	9
Ebonit	fjorton	Koppar	10.3
Aluminium	23	Glas	12.6
Volfram	176	Bergsalt	12.6
Platina	360	Kvarts	15.1
Flytande syre	3400	Vismut	176

Medium	Känslighet (volumetrisk, SI ) $\chi _{m}$	Absolut permeabilitet , Gn/m $\mu _{0}\mu$	Relativ permeabilitet $\mu$	Ett magnetfält	Maximal frekvens
Metglas ( engelska Metglas )		1,25	1 000 000 [5]	vid 0,5 T	100 kHz
Nanoperm ( engelska Nanoperm )		10⋅10 -2	80 000 [6]	vid 0,5 T	10 kHz
mu metall		2,5⋅10 -2	20 000 [7]	vid 0,002 T
mu metall			50 000 [8]
Permalloy		1,0⋅10 -2	8000 [7]	vid 0,002 T
elektriskt stål		5,0⋅10 -3	4000 [7]	vid 0,002 T
Nickel Zink Ferrit		2,0⋅10 -5 - 8,0⋅10 -4	16-640		100 kHz till 1 MHz
Mangan-Zink Ferrit		> 8,0⋅10 -4	640 (och mer)		100 kHz till 1 MHz
Stål		1,26⋅10 -4	100 [7]	vid 0,002 T
Nickel		1,25⋅10 -4	100 [7] - 600	vid 0,002 T
Neodymiummagnet			1,05 [9]	upp till 1,2–1,4 T
Platina		1,2569701⋅10 -6	1,000265
Aluminium	2,22⋅10 -5 [10]	1,2566650⋅10 -6	1,000022
Trä			1,00000043 [10]
Luft			1,00000037 [11]
Betong			1 [12]
Vakuum	0	1,2566371⋅10 -6 (μ 0 )	1 [13]
Väte	−2,2⋅10 -9 [10]	1,2566371⋅10 -6	1,0000000
Fluoroplast		1,2567⋅10 -6 [7]	1 0000
Safir	−2,1⋅10 -7	1,2566368⋅10 -6	0,99999976
Koppar	−6,4⋅10 -6 eller −9,2⋅10 -6 [10]	1,2566290⋅10 -6	0,999994
Vatten	−8,0⋅10 -6	1,2566270⋅10 -6	0,999992
Vismut	−1,66⋅10 -4	ett	0,999834
supraledare	−1	0	0

Se även

Anteckningar

↑ Werner von Siemens, Lebenserinnerungen
↑ Summering över ett upprepande index ( j ) antyds, det vill säga posten ska förstås på följande sätt: . Denna post betyder, som det är lätt att se, multiplikationen av en vektor till vänster med en matris enligt reglerna för matrismultiplikation. ${\displaystyle \mu _{ij}H_{j}\equiv \sum \limits _{j=1}^{3}\mu _{ij}H_{j))$
↑ Magnetisering av stål. Magnetisk permeabilitet. (inte tillgänglig länk) . Hämtad 16 juli 2011. Arkiverad från originalet 19 mars 2011. (obestämd)
↑ Magnetisk permeabilitet. Mediets magnetiska permeabilitet. Relativ magnetisk permeabilitet. Magnetisk permeabilitet för ett ämne (otillgänglig länk) . Hämtad 16 juli 2011. Arkiverad från originalet 12 februari 2012. (obestämd)
↑ "Metglas Magnetic Alloy 2714A", ''Metglas'' (inte tillgänglig länk) . metglas.com. Hämtad 8 november 2011. Arkiverad från originalet 3 juni 2012. (obestämd)
↑ "Typiska materialegenskaper hos NANOPERM", ''Magnetec'' (PDF). Hämtad: 8 november 2011. (obestämd)
↑ 1 2 3 4 5 6 "Relativ permeabilitet", ''Hyperfysik'' . hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Hämtad 8 november 2011. Arkiverad från originalet 3 juni 2012. (obestämd)
↑ Nickellegeringar-rostfria stål, nickelkopparlegeringar, nickelkromlegeringar, lågexpansionslegeringar . Nickel-legeringar.net. Hämtad 8 november 2011. Arkiverad från originalet 3 juni 2012. (obestämd)
↑ Juha Pyrhönen, Tapani Jokinen, Valéria Hrabovcová. Design av roterande elektriska maskiner (neopr.) . - John Wiley and Sons , 2009. - P. 232. - ISBN 0-470-69516-1 .
↑ 1 2 3 4 Richard A. Clarke. Clarke, R. ''Magnetiska egenskaper hos material'', surrey.ac.uk . ee.surrey.ac.uk. Hämtad 8 november 2011. Arkiverad från originalet 3 juni 2012. (obestämd)
↑ BD Cullity och CD Graham (2008), Introduction to Magnetic Materials, 2:a upplagan, 568 s., s.16
↑ NDT.net. Bestämning av dielektriska egenskaper hos in situ betong vid radarfrekvenser . Ndt.net. Hämtad 8 november 2011. Arkiverad från originalet 3 juni 2012. (obestämd)
↑ Exakt, per definition.

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk stor kines Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	J9U : 987007543559805171 LCCN : sh85079728