Fizičko značenje relativne magnetske permeabilnosti supstance. Magnetna permeabilnost

Naravno, u gvožđu je stvoreno polje sa indukcijom umesto koje bi ono bilo u vazduhu. Stoga možemo reći da je u poređenju sa vazduhom, gvožđe 2400 puta „propusnije“ za magnetno polje.

Relativna magnetna permeabilnost željeza može se nazvati omjerom magnetna indukcija u gvožđu i u vazduhu

ako se magnetsko polje posmatra unutar identičnih prstenastih zavojnica, od kojih je jedan namotan na gvozdeni prsten, a drugi ne sadrži nikakva feromagnetna tela.

U ovom slučaju, naravno, vrijednosti indukcije i Vv se određuju na istoj vrijednosti specifične ukupne struje.

Magnetna permeabilnost istog feromagnetnog materijala pri različita značenja indukcija je drugačija. Zapravo, zamislite magnetnu karakteristiku prikazanu na Sl. 3.4, u obliku tabele: prvi red sadrži vrednosti specifične ukupne struje, drugi - vrednosti magnetne indukcije uočene u gvožđu (zatvoreni prsten unutar zavojnice), treći - vrijednosti magnetske indukcije u istom prstenastom kalemu bez feromagnetnih tijela, povećane za 10 000 puta.

Prvi red tabele odgovara eksperimentima na osnovu kojih je magnetska karakteristika na Sl. 3.4. Drugi red se izračunava pomoću formule

Vrijednosti relativne magnetske permeabilnosti za različite indukcije izračunavaju se pomoću formule

Kao što se može vidjeti iz tabele, magnetska permeabilnost se prvo povećava, a zatim smanjuje. Dobijeni rezultati mogu se prikazati grafikom prikazanim na Sl. 3.5.

Rice. 3.5. Relativna magnetna permeabilnost čisto gvožđe zavisno od specifične ukupne struje

Prve studije magnetnih svojstava materijala na uzorcima sa zatvorenim prstenom i utvrđivanje prirode i promene permeabilnosti sa poljem pripadaju profesoru Moskovskog univerziteta A. G. Stoletovu. On je naglasio da je za razvoj elektrotehnike poznavanje magnetnih svojstava čelika jednako važno kao i poznavanje svojstava pare za graditelje parnih mašina.

Smanjenje relativne magnetske permeabilnosti sa povećanjem indukcije predstavlja drugo karakteristična karakteristika feromagnetna tela. U početku se lako magnetiziraju; magnetna indukcija dostiže velike vrijednosti pri prilično slabim strujama magnetiziranja. Međutim, dalje povećanje magnetne indukcije zahtijeva sve značajnije povećanje struje - vrlo je teško stvoriti indukciju iznad otprilike 2,0-2,2 Tesla u željezu. Na to ukazuje blagi tok magnetne karakteristike prikazane na Sl. 3.4, u području velikih indukcija.

Da bi se indukcija povećala sa 1,65 na, potrebno je povećati specifičnu ukupnu struju sa 100 na 1000 A. Ali da bi se indukcija dodatno povećala, potrebno je povećati struju magnetiziranja na 2000 A/cm (vidi tabelu 3.1) . Kada se indukuje red, dolazi do magnetskog zasićenja, kako kažu.

Primjer 1. U prstenastoj zavojnici s prosječnom dužinom čeličnog jezgra od 25 cm teče struja I = 1 A. Magnetni tok u čeličnom jezgru poprečnog presjeka ispada jednak

Magnetno polje zavojnice određeno je strujom i jačinom ovog polja, te indukcijom polja. One. Indukcija polja u vakuumu je proporcionalna veličini struje. Ako je magnetsko polje stvoreno u određenom okruženju ili tvari, tada polje utječe na supstancu, a ona zauzvrat mijenja magnetsko polje na određeni način.

Supstanca koja se nalazi u vanjskom magnetskom polju se magnetizira i u njoj se pojavljuje dodatno unutrašnje magnetsko polje. Povezan je s kretanjem elektrona duž unutaratomskih orbita, kao i oko njihove vlastite ose. Kretanje elektrona i atomskih jezgara može se smatrati elementarnim kružnim strujama.

Magnetna svojstva elementarne kružne struje karakterizira magnetni moment.

U nedostatku vanjskog magnetskog polja, elementarne struje unutar tvari su nasumično (haotično) orijentirane i stoga je ukupni ili ukupni magnetni moment jednak nuli i magnetsko polje elementarnih unutrašnjih struja se ne detektuje u okolnom prostoru.

Utjecaj vanjskog magnetskog polja na elementarne struje u materiji je da se orijentacija osi rotacije nabijenih čestica mijenja tako da su njihovi magnetni momenti usmjereni u jednom smjeru. (prema vanjskom magnetskom polju). Intenzitet i priroda magnetizacije različitih tvari u istom vanjskom magnetskom polju značajno se razlikuju. Veličina koja karakteriše svojstva medija i uticaj medija na gustinu magnetnog polja naziva se apsolutna magnetna permeabilnost ili magnetska permeabilnost medija (μ With ) . Ovo je relacija = . Izmjereno [ μ With ]=Gn/m.

Apsolutna magnetna permeabilnost vakuuma naziva se magnetna konstanta μ O =4π 10 -7 H/m.

Omjer apsolutne magnetske permeabilnosti i magnetske konstante naziva se relativna magnetna permeabilnostμ c /μ 0 =μ. One. relativna magnetna permeabilnost je vrijednost koja pokazuje koliko je puta apsolutna magnetna permeabilnost medija veća ili manja od apsolutne permeabilnosti vakuuma. μ je bezdimenzionalna veličina koja varira u širokom rasponu. Ova vrijednost čini osnovu za podjelu svih materijala i medija u tri grupe.

Dijamagneti . Ove supstance imaju μ< 1. К ним относятся - медь, серебро, цинк, ртуть, свинец, сера, хлор, вода и др. Например, у меди μ Cu = 0,999995. Эти вещества слабо взаимодействуют с магнитом.

Paramagneti . Ove supstance imaju μ > 1. Tu spadaju aluminijum, magnezijum, kalaj, platina, mangan, kiseonik, vazduh, itd. Vazduh = 1,0000031. . Ove tvari, poput dijamagnetnih materijala, slabo djeluju s magnetom.

Za tehničke proračune, μ dijamagnetnih i paramagnetnih tijela uzima se jednakim jedinici.

Feromagneti . Ovo je posebna grupa supstanci koje igraju ogromnu ulogu u elektrotehnici. Ove supstance imaju μ >> 1. Tu spadaju gvožđe, čelik, liveno gvožđe, nikl, kobalt, gadolinijum i legure metala. Ove supstance snažno privlače magnet. Za ove supstance, μ = 600-10.000 Za neke legure, μ dostiže rekordne vrednosti do 100.000, treba napomenuti da μ za feromagnetne materijale nije konstantan i zavisi od jačine magnetnog polja, vrste materijala i temperature. .

Velika vrijednost µ u feromagnetima se objašnjava činjenicom da oni sadrže područja spontane magnetizacije (domene), unutar kojih su elementarni magnetni momenti usmjereni na isti način. Kada se presavije, formiraju zajedničke magnetne momente domena.

U nedostatku magnetnog polja, magnetni momenti domena su nasumično orijentirani i ukupni magnetni moment tijela ili tvari je nula. Pod uticajem spoljašnjeg polja, magnetni momenti domena su orijentisani u jednom pravcu i formiraju zajednički magnetni moment tela, usmeren u istom pravcu kao i spoljašnje magnetno polje.

Ovo važna karakteristika se u praksi koriste upotrebom feromagnetnih jezgri u zavojnicama, što omogućava naglo povećanje magnetske indukcije i magnetskog fluksa pri istim vrijednostima struja i broja zavoja ili, drugim riječima, koncentriranje magnetskog polja u relativno malom volumen.

Brojni eksperimenti pokazuju da su sve tvari smještene u magnetsko polje magnetizirane i stvaraju vlastito magnetsko polje čije se djelovanje dodaje djelovanju vanjskog magnetskog polja:

$$\boldsymbol(\vec(B)=(\vec(B))_(0)+(\vec(B))_(1))$$

gdje je $\boldsymbol(\vec(B))$ indukcija magnetskog polja u tvari; $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - magnetna indukcija polja u vakuumu, $\boldsymbol((\vec(B))_(1))$ - magnetna indukcija polja koje nastaje zbog magnetizacije materije. U tom slučaju tvar može ojačati ili oslabiti magnetsko polje. Utjecaj tvari na vanjsko magnetsko polje karakterizira veličina μ , koji se zove magnetska permeabilnost supstance

$$ \boldsymbol(\mu =\frac(B)((B)_(0)))$$

• Magnetna permeabilnost je fizička skalarna veličina koja pokazuje koliko je puta indukcija magnetskog polja u ovu supstancu razlikuje se od indukcije magnetnog polja u vakuumu.

Sve supstance se sastoje od molekula, molekule se sastoje od atoma. Elektronske ljuske atoma se konvencionalno mogu smatrati sastavljenim od kružnih električnih struja formiranih od kretanja elektrona. Kružne električne struje u atomima moraju stvoriti vlastita magnetna polja. Na električne struje mora utjecati vanjsko magnetsko polje, zbog čega se može očekivati ​​ili povećanje magnetskog polja kada su atomska magnetna polja poravnata sa vanjskim magnetskim poljem, ili slabljenje kada su u suprotnom smjeru.
Hipoteza o postojanje magnetnih polja u atomima a mogućnost promjene magnetskog polja u materiji je potpuno istinita. Sve tvari djelovanjem vanjskog magnetskog polja na njih mogu se podijeliti u tri glavne grupe: dijamagnetski, paramagnetni i feromagnetni.

Dijamagneti nazivaju se tvari u kojima je oslabljeno vanjsko magnetsko polje. To znači da su magnetna polja atoma takvih supstanci u vanjskom magnetskom polju usmjerena suprotno od vanjskog magnetskog polja (µ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает magnetna permeabilnost µ = 0,999826.

Razumjeti prirodu dijamagnetizma razmotrite kretanje elektrona koji uleti brzinom v u jednolično magnetsko polje okomito na vektor IN magnetno polje.

Pod uticajem Lorentzove snage elektron će se kretati u krugu, smjer njegove rotacije je određen smjerom vektora Lorentzove sile. Rezultirajuća kružna struja stvara vlastito magnetsko polje IN" . Ovo je magnetno polje IN" usmjerena suprotno od magnetnog polja IN. Prema tome, svaka tvar koja sadrži slobodno pokretne nabijene čestice mora imati dijamagnetna svojstva.
Iako elektroni u atomima tvari nisu slobodni, promjena njihovog kretanja unutar atoma pod utjecajem vanjskog magnetskog polja ispada da je ekvivalentna kružnom kretanju slobodnih elektrona. Stoga svaka tvar u magnetskom polju nužno ima dijamagnetna svojstva.
Međutim, dijamagnetski efekti su vrlo slabi i nalaze se samo u supstancama čiji atomi ili molekuli nemaju svoje magnetsko polje. Primjeri dijamagnetnih materijala su olovo, cink, bizmut (μ = 0,9998).

Prvo objašnjenje razloga zašto tijela imaju magnetska svojstva dao je Henri Ampere (1820). Prema njegovoj hipotezi, elementarne električne struje kruže unutar molekula i atoma, koji određuju magnetska svojstva bilo koje tvari.

Razmotrimo detaljnije razloge magnetizma atoma:

Uzmimo neku čvrstu supstancu. Njegova magnetizacija je povezana s magnetskim svojstvima čestica (molekula i atoma) od kojih se sastoji. Razmotrimo koja su strujna kola moguća na mikro nivou. Magnetizam atoma je zbog dva glavna razloga:

1) kretanje elektrona oko jezgra u zatvorenim orbitama ( orbitalni magnetni moment) (Sl. 1);

Rice. 2

2) unutrašnja rotacija (spin) elektrona ( spin magnetni moment) (Sl. 2).

Budući da se orbitalne ravni različitih elektrona u atomu ne poklapaju, vektori indukcije magnetskog polja stvoreni njima (orbitalni i spin magnetski momenti) su usmjereni pod različitim uglovima jedan prema drugom. Rezultirajući vektor indukcije višeelektronskog atoma jednak je vektorskom zbroju vektora indukcije polja koje stvaraju pojedinačni elektroni. Atomi s djelomično ispunjenim elektronskim omotačima imaju nekompenzirana polja. U atomima sa ispunjenim elektronskim omotačima, rezultujući vektor indukcije je 0.

U svim slučajevima, promjena magnetnog polja je uzrokovana pojavom struja magnetizacije (fenomen se opaža elektromagnetna indukcija). Drugim riječima, princip superpozicije za magnetno polje ostaje važeći: polje unutar magneta je superpozicija vanjskog polja $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ i polja $\boldsymbol( \vec(B"))$ struja magnetiziranja ja" , koji nastaju pod uticajem spoljašnjeg polja. Ako je polje struja magnetizacije usmjereno na isti način kao i vanjsko polje, tada će indukcija ukupnog polja biti veća od vanjskog polja (slika 3, a) - u ovom slučaju kažemo da supstanca pojačava polje ; ako je polje struja magnetizacije usmjereno suprotno od vanjskog polja, tada će ukupno polje biti manje od vanjskog polja (slika 3, b) - u tom smislu kažemo da supstanca slabi magnetsko polje.

Rice. 3

IN dijamagnetnih materijala molekuli nemaju svoje magnetno polje. Pod uticajem spoljašnjeg magnetnog polja u atomima i molekulama, polje struja magnetizacije je usmereno suprotno od spoljašnjeg polja, pa će modul vektora magnetne indukcije $ \boldsymbol(\vec(B))$ rezultujućeg polja biti manji od modula vektora magnetne indukcije $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ vanjskog polja.

Tvari kod kojih je vanjsko magnetsko polje pojačano kao rezultat dodavanja elektronskih omotača atoma tvari magnetskim poljima zbog orijentacije atomskih magnetnih polja u smjeru vanjskog magnetskog polja nazivaju se paramagnetski(µ > 1).

Paramagneti vrlo slabo pojačavaju vanjsko magnetsko polje. Magnetska permeabilnost paramagnetnih materijala razlikuje se od jedinice za samo delić procenta. Na primjer, magnetska permeabilnost platine je 1,00036. Zbog vrlo malih vrijednosti magnetske permeabilnosti paramagnetnih i dijamagnetnih materijala, vrlo je teško otkriti njihov utjecaj na vanjsko polje ili djelovanje vanjskog polja na paramagnetna ili dijamagnetna tijela. Stoga se u svakodnevnoj praksi, u tehnici, paramagnetne i dijamagnetne tvari smatraju nemagnetnim, odnosno tvarima koje ne mijenjaju magnetsko polje i na koje magnetno polje ne djeluje. Primeri paramagnetnih materijala su natrijum, kiseonik, aluminijum (μ = 1,00023).

IN paramagneti molekuli imaju svoje magnetno polje. U nedostatku vanjskog magnetnog polja zbog termičko kretanje vektori indukcije magnetnih polja atoma i molekula su nasumično orijentisani, pa je njihova prosečna magnetizacija nula (slika 4, a). Kada se vanjsko magnetsko polje primijeni na atome i molekule, moment sile počinje djelovati, težeći da ih rotira tako da su njihova polja orijentirana paralelno s vanjskim poljem. Orijentacija paramagnetnih molekula dovodi do toga da je supstanca magnetizovana (slika 4, b).

Rice. 4

Potpuna orijentacija molekula u magnetskom polju onemogućava se njihovim toplinskim kretanjem, pa magnetska permeabilnost paramagnetnih materijala ovisi o temperaturi. Očigledno je da s povećanjem temperature magnetska permeabilnost paramagnetnih materijala opada.

Feromagneti

Tvari koje značajno pojačavaju vanjsko magnetsko polje nazivaju se feromagneti(nikl, gvožđe, kobalt, itd.). Primeri feromagneta su kobalt, nikl, gvožđe (μ dostiže vrednost od 8·10 3).

Odakle dolazi i sam naziv ove klase magnetnih materijala Latinski naziv gvožđe - Ferrum. Glavna karakteristika Ove supstance su u stanju da održe magnetizaciju u odsustvu spoljašnjeg magnetnog polja, svi trajni magneti pripadaju klasi feromagneta. Osim željeza, njegovi "susjedi" na periodnom sistemu - kobalt i nikl - imaju feromagnetna svojstva. Feromagneti nalaze široki praktična primjena u nauci i tehnologiji, stoga je razvijen značajan broj legura različitih feromagnetnih svojstava.

Svi navedeni primjeri feromagneta odnose se na metale prelazne grupe, čija elektronska ljuska sadrži nekoliko nesparenih elektrona, što dovodi do činjenice da ovi atomi imaju značajno sopstveno magnetno polje. U kristalnom stanju, zbog interakcije između atoma u kristalima, nastaju područja spontane magnetizacije - domeni. Dimenzije ovih domena su desetinke i stotinke milimetra (10 -4 − 10 -5 m), što znatno premašuje veličinu pojedinačnog atoma (10 -9 m). Unutar jednog domena, magnetna polja atoma su orijentirana striktno paralelno, orijentacija magnetnih polja drugih domena u odsustvu vanjskog magnetskog polja se proizvoljno mijenja (slika 5).

Rice. 5

Dakle, čak iu nemagnetiziranom stanju, unutar feromagneta postoje jaka magnetna polja, čija se orijentacija mijenja na nasumičan, haotičan način tokom prijelaza iz jednog domena u drugi. Ako dimenzije nekog tijela značajno premašuju dimenzije pojedinačnih domena, tada je prosječno magnetsko polje koje stvaraju domeni ovog tijela praktički odsutno.

Ako postavite feromagnet u vanjsko magnetsko polje B 0 , tada magnetni momenti domena počinju da se preuređuju. Međutim, ne dolazi do mehaničke prostorne rotacije dijelova tvari. Proces preokretanja magnetizacije povezan je s promjenom kretanja elektrona, ali ne i s promjenom položaja atoma u čvorovima kristalna rešetka. Domeni koji imaju najpovoljniju orijentaciju u odnosu na smjer polja povećavaju svoju veličinu na račun susjednih „pogrešno orijentiranih“ domena, apsorbirajući ih. U ovom slučaju, polje u tvari se prilično značajno povećava.

Svojstva feromagneta

1) feromagnetna svojstva supstance se pojavljuju samo kada se odgovarajuća supstanca nalazi V kristalno stanje ;

2) magnetna svojstva feromagneta jako zavise od temperature, jer je orijentacija magnetnih polja domena onemogućena termičkim kretanjem. Za svaki feromagnet postoji određena temperatura pri kojoj se domenska struktura potpuno razara i feromagnet se pretvara u paramagnet. Ova temperaturna vrijednost se zove Curie point . Dakle, za čisto željezo je Curie temperatura približno 900°C;

3) feromagneti su magnetizirani do zasićenja u slabim magnetnim poljima. Slika 6 pokazuje kako se mijenja modul indukcije magnetskog polja B u čeliku sa promjenom vanjskog polja B 0 :

Rice. 6

4) magnetna permeabilnost feromagneta zavisi od spoljašnjeg magnetnog polja (slika 7).

Rice. 7

To se objašnjava činjenicom da je u početku, uz povećanje B 0 magnetna indukcija B jača, a samim tim μ će se povećati. Zatim, na vrijednosti magnetne indukcije B" 0 dolazi do zasićenja (μ u ovom trenutku je maksimum) i sa daljim povećanjem B 0 magnetna indukcija B 1 u tvari se prestaje mijenjati, a magnetska permeabilnost se smanjuje (teži 1):

$$\boldsymbol(\mu = \frac B(B_0) = \frac (B_0 + B_1)(B_0) = 1 + \frac (B_1)(B_0);) $$

5) feromagneti pokazuju zaostalu magnetizaciju. Ako se, na primjer, feromagnetna šipka stavi u solenoid kroz koji prolazi struja i magnetizira se do zasićenja (tačka A) (Sl. 8), a zatim smanjite struju u solenoidu i sa njim B 0 , tada možete primijetiti da indukcija polja u štapu tokom procesa njegove demagnetizacije ostaje uvijek veća nego tokom procesa magnetizacije. Kada B 0 = 0 (struja u solenoidu je isključena), indukcija će biti jednaka B r (zaostala indukcija). Štap se može ukloniti sa solenoida i koristiti kao trajni magnet. Da biste konačno demagnetizirali šipku, potrebno je da kroz solenoid provučete struju u suprotnom smjeru, tj. primijeniti vanjsko magnetsko polje sa suprotnim smjerom od vektora indukcije. Sada povećavamo modul indukcije ovog polja na B oc , demagnetizirati štap ( B = 0).

• Modul B oc indukcija magnetskog polja koje demagnetizira magnetizirani feromagnet naziva se prisilna sila .

Rice. 8

Uz dalje povećanje B 0 možete magnetizirati štap do zasićenja (tačka A" ).

Smanjenje sada B 0 na nulu, opet dobijamo trajni magnet, ali sa indukcijom –B r (suprotan smjer). Da biste ponovo demagnetizirali šipku, struja u originalnom smjeru mora se ponovo uključiti u solenoidu, a štap će se demagnetizirati kada indukcija B 0 postaće jednaki B oc . Nastavljajući sa povećanjem I B 0 , ponovo magnetizirajte štap do zasićenja (tačka A ).

Dakle, kada se magnetizira i demagnetizira feromagnet, indukcija B zaostaje B 0. Ovo kašnjenje se zove fenomen histereze . Zove se kriva prikazana na slici 8 histerezna petlja .

Oblik krivulje magnetizacije (histeresisna petlja) značajno varira za različite feromagnetne materijale, za koje je utvrđeno da su vrlo široka primena u naučnim i tehničkim primenama. Neki magnetni materijali imaju široku petlju s visokim vrijednostima remanencije i koercitivnosti, tzv magnetno tvrda i koriste se za izradu trajnih magneta. Druge feromagnetne legure odlikuju se niskim vrijednostima koercitivnih sila, takvi se materijali lako magnetiziraju i remagnetiziraju čak iu slabim poljima. Takvi materijali se nazivaju magnetno mekana i koriste se u raznim električnim uređajima - relejima, transformatorima, magnetnim krugovima itd.

Književnost

1. Aksenovich L. A. Fizika u srednja škola: Theory. Zadaci. Testovi: Udžbenik. dodatak za ustanove koje pružaju opšte obrazovanje. okoliš, obrazovanje / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P.330-335.
2. Zhilko, V.V. Fizika: udžbenik. dodatak za 11. razred. opšte obrazovanje škola sa ruskog jezik obuka / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L. G. Marković. - Mn.: Nar. Asveta, 2002. - str. 291-297.
3. Slobodyanyuk A.I. Fizika 10. §13 Interakcija magnetnog polja sa materijom

Bilješke

1. Smjer vektora indukcije magnetskog polja razmatramo samo u sredini kruga.

Magnetna permeabilnost- fizička veličina, koeficijent (ovisno o svojstvima medija) koji karakterizira odnos magnetske indukcije B (\displaystyle (B)) i jačina magnetnog polja H (\displaystyle (H)) u materiji. Za različitim okruženjima ovaj koeficijent je različit, pa govore o magnetnoj permeabilnosti određenog medija (misli se na njegov sastav, stanje, temperaturu itd.).

Prvi put pronađen u Werner Siemensovom djelu iz 1881. “Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus” („Prilog teoriji elektromagnetizma”).

Obično se označava grčkim slovom μ (\displaystyle \mu ). Može biti ili skalar (za izotropne supstance) ili tenzor (za anizotropne supstance).

Općenito, odnos između magnetske indukcije i jačine magnetnog polja kroz magnetnu permeabilnost je predstavljen kao

I μ (\displaystyle \mu ) u opštem slučaju, ovo treba shvatiti kao tenzor, koji u notaciji komponenti odgovara:

Za izotropne supstance omjer:

može se shvatiti u smislu množenja vektora sa skalarom (magnetska permeabilnost je u ovom slučaju svedena na skalar).

Često oznaka μ (\displaystyle \mu ) se koristi drugačije nego ovdje, naime za relativnu magnetsku permeabilnost (u ovom slučaju μ (\displaystyle \mu ) poklapa se sa onim u GHS).

Dimenzija apsolutne magnetske permeabilnosti u SI je ista kao i dimenzija magnetne konstante, odnosno Gn / ili / 2.

Relativna magnetska permeabilnost u SI povezana je s magnetskom osjetljivošću χ relacijom

Enciklopedijski YouTube

• 1 / 5

  Velika većina supstanci pripada ili klasi dijamagneta ( μ ⪅ 1 (\displaystyle \mu \lesscap 1)), ili u klasu paramagneta ( μ ⪆ 1 (\displaystyle \mu \gtrapprox 1)). Ali brojne tvari (feromagneti), na primjer željezo, imaju izraženija magnetska svojstva.

  U feromagnetima, zbog histereze, koncept magnetske permeabilnosti, strogo govoreći, nije primjenjiv. Međutim, u određenom rasponu promjena magnetizirajućeg polja (tako da se zaostala magnetizacija može zanemariti, ali prije zasićenja), ipak je moguće, u boljoj ili lošijoj aproksimaciji, ovu ovisnost prikazati kao linearnu (a za meke magnetske materijala, donja granica možda nije previše značajna u praksi), te se u tom smislu za njih može mjeriti i vrijednost magnetne permeabilnosti.

  Magnetna permeabilnost nekih supstanci i materijala

  Magnetska osjetljivost nekih supstanci

  Magnetna osjetljivost i magnetska permeabilnost nekih materijala

  Srednje	Osjetljivost χ m (volumen, SI)	Propustljivost μ [H/m]	Relativna permeabilnost μ/μ 0	Magnetno polje	Maksimalna frekvencija
  metglas (engleski) Metglas)		1,25	1 000 000	na 0,5 T	100 kHz
  Nanoperm Nanoperm)		10 × 10 -2	80 000	na 0,5 T	10 kHz
  Mu metal		2,5 × 10 -2	20 000	na 0,002 T
  Mu metal			50 000
  Permalloy		1,0 × 10 -2	70 000	na 0,002 T
  Elektro čelik		5,0 × 10 -3	4000	na 0,002 T
  ferit (nikl-cink)		2,0 × 10 -5 - 8,0 × 10 -4	16-640		100 kHz ~ 1 MHz [ ]
  ferit (mangan-cink)		>8,0 × 10 -4	640 (ili više)		100 kHz ~ 1 MHz
  Čelik		8,75×10 -4	100	na 0,002 T
  Nikl		1,25×10 -4	100 - 600	na 0,002 T
  Neodimijum magnet			1.05	do 1,2-1,4 T
  Platinum		1,2569701 × 10 -6	1,000265
  Aluminijum	2,22×10 -5	1,2566650 × 10 -6	1,000022
  Drvo			1,00000043
  Vazduh			1,00000037
  Beton			1
  Vakuum	0	1,2566371 × 10 -6 (μ 0)	1
  Vodonik	-2,2 × 10 -9	1,2566371 × 10 -6	1,0000000
  Teflon		1,2567 × 10 -6	1,0000
  Safir	-2,1 × 10 -7	1,2566368 × 10 -6	0,99999976
  Bakar	-6,4 × 10 -6 ili -9,2 × 10 -6	1,2566290 × 10 -6	0,999994

  Postoje mikroskopski kružne struje (molekularne struje). Ova ideja je kasnije potvrđena, nakon otkrića elektrona i strukture atoma: ove struje nastaju kretanjem elektrona oko jezgra i, budući da su orijentirane na isti način, ukupno formiraju polje unutar i oko magneta.

  Na slici A ravni u kojima se nalaze elementarne električne struje su nasumično orijentirane zbog haotičnog toplinskog kretanja atoma, a supstanca ne pokazuje magnetna svojstva. U magnetiziranom stanju (pod utjecajem, na primjer, vanjskog magnetskog polja) (Sl b) ove ravni su identično orijentisane, a njihova dejstva su sumirana.

  Magnetna permeabilnost.

  Reakcija medija na utjecaj vanjskog magnetskog polja sa indukcijom B0 (polje u vakuumu) određena je magnetskom susceptibilnošću μ :

  Gdje IN— indukcija magnetnog polja u tvari. Magnetska permeabilnost je slična dielektričnoj konstanti ɛ .

  Na osnovu svojih magnetnih svojstava, tvari se dijele na dijamagnetnih materijala, paramagneti I ferromagneti. Za dijamagnetne materijale koeficijent μ , koji karakterizira magnetska svojstva medija, manji je od jedinice (na primjer, za bizmut μ = 0,999824); u paramagnetnim materijalima μ > 1 (za platinu μ - 1,00036); u feromagnetima μ ≫ 1 (gvožđe, nikl, kobalt).

  Dijamagnetne materijale magnet odbija, paramagnetne materijale privlače. Po ovim karakteristikama mogu se razlikovati jedni od drugih. Za mnoge tvari magnetska permeabilnost je gotovo ista kao jedinica, ali za feromagnete je uvelike premašuje, dostižući nekoliko desetina hiljada jedinica.

  Feromagneti.

  Feromagneti pokazuju najjača magnetna svojstva. Magnetna polja koja stvaraju feromagneti mnogo su jača od vanjskog magnetizirajućeg polja. Istina, magnetna polja feromagneta ne nastaju kao rezultat rotacije elektrona oko jezgara - orbitalni magnetni moment, a zbog vlastite rotacije elektrona - njegov vlastiti magnetni moment, tzv spin.

  Curie temperatura ( TWith) je temperatura iznad koje feromagnetni materijali gube svoja magnetna svojstva. Za svaki feromagnet je različit. Na primjer, za željezo T s= 753 °C, za nikl T s= 365 °C, za kobalt T s= 1000 °C. Postoje feromagnetne legure u kojima T s < 100 °С.

  Prve detaljne studije magnetnih svojstava feromagneta sproveo je istaknuti ruski fizičar A. G. Stoletov (1839-1896).

  Feromagneti se koriste dosta široko: kao trajni magneti (u električnim mjernim instrumentima, zvučnicima, telefonima itd.), čelična jezgra u transformatorima, generatorima, elektromotorima (za pojačavanje magnetskog polja i uštedu električne energije). Magnetne trake, koje su napravljene od feromagnetnih materijala, snimaju zvuk i sliku za magnetofone i video rekordere. Informacije se snimaju na tanke magnetne filmove za uređaje za skladištenje u elektronskim računarima.