Aineen suhteellisen magneettisen permeabiliteetin fysikaalinen merkitys. Magneettinen läpäisevyys

Tietysti rauhaseen luotiin induktiokenttä, jonka sijaan se olisi ilmaantunut. Voimme siis sanoa, että ilmaan verrattuna rauta on 2400 kertaa "läpäisevä". magneettikenttä.

Raudan suhteellista magneettista permeabiliteettia voidaan kutsua suhteeksi magneettiset induktiot raudassa ja ilmassa

jos magneettikenttä havaitaan identtisten rengaskelojen sisällä, joista toinen on kierretty rautarenkaaseen ja toinen ei sisällä ferromagneettisia kappaleita.

Tässä tapauksessa tietysti induktion ja Vv arvot määritetään samalla tietyn kokonaisvirran arvolla.

Saman ferromagneettisen materiaalin magneettinen permeabiliteetti klo erilaisia ​​arvoja induktio on eri asia. Harkitse tosiaankin kuvan 1 mukaista magneettista ominaisuutta. 3.4, taulukon muodossa: ensimmäisellä rivillä on tietyn kokonaisvirran arvot, toisella - raudassa havaitun magneettisen induktion arvot (suljettu rengas kelan sisällä), kolmannessa - magneettisen induktion arvot samassa rengaskelassa ilman ferromagneettisia kappaleita, kasvaneet 10 000 kertaa.

Taulukon ensimmäinen rivi vastaa kokeita, joissa kuvan 1 magneettinen ominaisuus. 3.4. Toinen rivi lasketaan kaavalla

Suhteellisen magneettisen permeabiliteetin arvot eri induktioille lasketaan kaavalla

Kuten taulukosta voidaan nähdä, magneettinen permeabiliteetti ensin kasvaa ja sitten laskee. Saadut tulokset voidaan esittää kuvassa 2 esitetyllä kaaviolla. 3.5.

Riisi. 3.5. Suhteellinen magneettinen permeabiliteetti puhdasta rautaa riippuen tietystä kokonaisvirrasta

Ensimmäiset tutkimukset materiaalien magneettisista ominaisuuksista suljetuilla rengasmaisilla näytteillä ja kentän permeabiliteetin luonteen ja muutosten selvittämisessä kuuluvat Moskovan yliopiston professorille A. G. Stoletoville. Hän korosti, että sähkötekniikan kehittäjälle on yhtä tärkeää tuntea teräksen magneettiset ominaisuudet kuin höyrykoneiden rakentajille höyryn ominaisuuksien tunteminen.

Suhteellisen magneettisen permeabiliteetin lasku induktion kasvaessa edustaa toista näkyvä ominaisuus ferromagneettisia kappaleita. Aluksi ne magnetoidaan helposti; magneettinen induktio saavuttaa korkeat arvot riittävän heikoilla magnetointivirroilla. Magneettisen induktion lisääminen vaatii kuitenkin yhä merkittävämpää virran lisäystä - on erittäin vaikeaa saada aikaan yli noin 2,0-2,2 T induktiota raudassa. Tämän osoittaa kuvassa 2 esitetyn magneettisen ominaiskäyrän lempeä kulku. 3.4, suurten induktioiden alueella.

Induktion lisäämiseksi arvosta 1,65 arvoon sinun on lisättävä ominaisvirtaa 100 A:sta 1000 A:iin. Mutta jotta induktio kasvaisi toisella, sinun on lisättävä magnetointivirta arvoon 2000 A / cm (katso taulukko 3.1). Järjestyksen induktion myötä, kuten sanotaan, magneettinen kylläisyys astuu voimaan.

Esimerkki 1. Rengasmaisessa kelassa, jossa on useita kierroksia ja jonka teräsytimen keskimääräinen pituus on 25 cm, virtaa I \u003d 1 A. Magneettivuo terässydämessä, jonka poikkileikkaus on yhtä suuri kuin

Kelan magneettikenttä määräytyy tämän kentän virran ja intensiteetin sekä kentän induktion mukaan. Nuo. kenttäinduktio tyhjiössä on verrannollinen virran suuruuteen. Jos magneettikenttä syntyy tiettyyn väliaineeseen tai aineeseen, kenttä vaikuttaa aineeseen ja se puolestaan ​​muuttaa magneettikenttää tietyllä tavalla.

Ulkoisessa magneettikentässä oleva aine magnetoituu ja siihen syntyy ylimääräinen sisäinen magneettikenttä. Se liittyy elektronien liikkumiseen atominsisäisillä kiertoradoilla sekä oman akselinsa ympäri. Atomien elektronien ja ytimien liikettä voidaan pitää alkuaineympyrävirroina.

Magneettiset ominaisuudet elementaariselle ympyrävirralle on ominaista magneettinen momentti.

Ulkoisen magneettikentän puuttuessa aineen sisällä olevat alkuainevirrat suuntautuvat satunnaisesti (kaoottisesti) ja siksi kokonais- tai kokonaismagneettinen momentti on nolla, eikä elementaaristen sisäisten virtojen magneettikenttää havaita ympäröivässä tilassa.

Ulkoisen magneettikentän vaikutus aineen alkuainevirtoihin on se, että varautuneiden hiukkasten pyörimisakselien suunta muuttuu niin, että niiden magneettiset momentit osoittavat suuntautuneita yhteen suuntaan. (ulkoista magneettikenttää kohti). Magnetoinnin intensiteetti ja luonne eri aineissa samassa ulkoisessa magneettikentässä eroavat merkittävästi toisistaan. Arvoa, joka kuvaa väliaineen ominaisuuksia ja väliaineen vaikutusta magneettikentän tiheyteen, kutsutaan absoluuttiseksi magneettinen permeabiliteetti tai väliaineen magneettinen permeabiliteetti (μ Kanssa ) . Tämä on suhde = . Mitattu [ μ Kanssa ]=H/m.

Tyhjiön absoluuttista magneettista permeabiliteettia kutsutaan magneettivakioksi μ noin \u003d 4π 10 -7 Gn / m.

Absoluuttisen magneettisen permeabiliteetin suhdetta magneettivakioon kutsutaan suhteellinen magneettinen permeabiliteettiμ c /μ 0 \u003d μ. Nuo. suhteellinen magneettinen permeabiliteetti on arvo, joka osoittaa kuinka monta kertaa väliaineen absoluuttinen magneettinen permeabiliteetti on suurempi tai pienempi kuin tyhjiön absoluuttinen permeabiliteetti. μ on mittaton suure, joka vaihtelee laajalla alueella. Tämä arvo on perusta jakaa kaikki materiaalit ja mediat kolmeen ryhmään.

Diamagneetit . Näillä aineilla on 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.

Paramagneetit . Näillä aineilla on μ > 1. Näitä ovat alumiini, magnesium, tina, platina, mangaani, happi, ilma jne. Ilmassa on = 1,0000031. . Nämä aineet, kuten myös diamagneetit, ovat heikosti vuorovaikutuksessa magneetin kanssa.

Teknisissä laskelmissa diamagneettisten ja paramagneettisten kappaleiden μ:n oletetaan olevan yhtä suuri kuin yksi.

ferromagneetteja . Tämä on erityinen aineryhmä, jolla on valtava rooli sähkötekniikassa. Näillä aineilla on μ >> 1. Näitä ovat rauta, teräs, valurauta, nikkeli, koboltti, gadolinium ja metalliseokset. Nämä aineet houkuttelevat voimakkaasti magneettia. Näillä aineilla on μ = 600-10 000. Joillakin seoksilla μ saavuttaa ennätysarvot jopa 100 000. On huomattava, että ferromagneettisten materiaalien μ ei ole vakio ja riippuu magneettikentän voimakkuudesta, materiaalityypistä ja lämpötilasta.

µ:n suuri arvo ferromagneeteissa selittyy sillä, että niissä on spontaanin magnetisoitumisen alueita (domaineja), joiden sisällä elementaariset magneettiset momentit suuntautuvat samalla tavalla. Kun ne lasketaan yhteen, ne muodostavat verkkoalueiden yhteiset magneettiset momentit.

Magneettikentän puuttuessa alueiden magneettiset momentit suuntautuvat satunnaisesti ja kappaleen tai aineen kokonaismagneettinen momentti on nolla. Ulkoisen kentän vaikutuksesta domeenien magneettiset momentit suuntautuvat yhteen suuntaan ja muodostavat kappaleen kokonaismagneettisen momentin, joka on suunnattu samaan suuntaan kuin ulkoinen magneettikenttä.

Tämä tärkeä ominaisuus Käytännössä käytetään ferromagneettisia ytimiä keloissa, mikä mahdollistaa magneettisen induktion ja magneettivuon jyrkän lisäämisen samoilla virtojen arvoilla ja kierrosten lukumäärällä tai toisin sanoen magneettikentän keskittämisen suhteellisen pienessä määrässä.

Lukuisat kokeet osoittavat, että kaikki magneettikenttään asetetut aineet magnetisoituvat ja luovat oman magneettikentän, jonka toiminta lisätään ulkoisen magneettikentän toimintaan:

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

missä $\boldsymbol(\vec(B))$ on aineen magneettikentän induktio; $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - magneettikentän induktio tyhjiössä, $\boldsymbol((\vec(B))_(1))$ - magneettikentän induktio aineen magnetoitumisesta . Tässä tapauksessa aine voi joko vahvistaa tai heikentää magneettikenttää. Aineen vaikutusta ulkoiseen magneettikenttään luonnehtii määrä μ , jota kutsutaan aineen magneettinen permeabiliteetti

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

• Magneettinen läpäisevyys on fyysinen skalaariarvo, joka näyttää kuinka monta kertaa magneettikenttä induktio sisään annettua ainetta eroaa magneettikentän induktiosta tyhjiössä.

Kaikki aineet koostuvat molekyyleistä, molekyylit koostuvat atomeista. Atomien elektronikuorten voidaan ehdollisesti katsoa koostuvan liikkuvien elektronien muodostamista pyöreistä sähkövirroista. Atomien pyöreän sähkövirran on luotava omat magneettikenttänsä. Sähkövirtoihin tulisi vaikuttaa ulkoinen magneettikenttä, jonka seurauksena voidaan odottaa joko magneettikentän lisääntymistä, kun atomimagneettikentät ovat samansuuntaisia ​​ulkoisen magneettikentän kanssa, tai niiden heikkenemistä, jos ne ovat vastakkaisia.
Hypoteesi aiheesta magneettikenttien olemassaolo atomeissa ja mahdollisuus muuttaa aineen magneettikenttää on täysin yhdenmukainen todellisuuden kanssa. Kaikki aineita ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta niihin voidaan jakaa kolmeen pääryhmään: diamagneetit, paramagneetit ja ferromagneetit.

diamagneetit ovat aineita, joiden ulkoinen magneettikenttä on heikentynyt. Tämä tarkoittaa, että tällaisten aineiden atomien magneettikentät ulkoisessa magneettikentässä on suunnattu vastakkain ulkoisen magneettikentän kanssa (µ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает magneettinen permeabiliteetti µ = 0,999826.

Ymmärtää diamagnetismin luonne Tarkastellaan nopeudella sisään lentävän elektronin liikettä v tasaiseen magneettikenttään, joka on kohtisuorassa vektoriin nähden AT magneettikenttä.

Vaikutuksen alaisena Lorentzin joukot elektroni liikkuu ympyrässä, sen pyörimissuunnan määrää Lorentzin voimavektorin suunta. Tuloksena oleva pyöreä virta muodostaa oman magneettikentän AT" . Tämä on magneettikenttä AT" suunnattu vastapäätä magneettikenttää AT. Siksi kaikilla aineilla, jotka sisältävät vapaasti liikkuvia varautuneita hiukkasia, on oltava diamagneettisia ominaisuuksia.
Vaikka aineen atomeissa olevat elektronit eivät ole vapaita, niiden liikkeen muutos atomien sisällä ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta osoittautuu vastaavaksi vapaiden elektronien ympyräliikettä. Siksi millä tahansa magneettikentässä olevalla aineella on välttämättä diamagneettisia ominaisuuksia.
Diamagneettiset vaikutukset ovat kuitenkin erittäin heikkoja ja niitä esiintyy vain aineissa, joiden atomeilla tai molekyyleillä ei ole omaa magneettikenttää. Esimerkkejä diamagneeteista ovat lyijy, sinkki, vismutti (μ = 0,9998).

Henri Ampère (1820) selitti ensimmäisenä syyt, miksi kappaleilla on magneettisia ominaisuuksia. Hänen hypoteesinsa mukaan molekyylien ja atomien sisällä kiertävät elementaariset sähkövirrat, jotka määräävät minkä tahansa aineen magneettiset ominaisuudet.

Harkitse atomimagnetismin syitä yksityiskohtaisemmin:

Ota jotain kiinteää asiaa. Sen magnetoituminen liittyy hiukkasten (molekyylien ja atomien) magneettisiin ominaisuuksiin, joista se koostuu. Harkitse, mitkä virtapiirit ovat mahdollisia mikrotasolla. Atomien magnetismi johtuu kahdesta pääasiallisesta syystä:

1) elektronien liike ytimen ympäri suljetuilla kiertoradoilla ( kiertoradan magneettinen momentti) (kuvio 1);

Riisi. 2

2) elektronien oma kierto (spin) spin-magneettinen momentti) (Kuva 2).

Koska eri elektronien kiertoradat atomitasolla eivät täsmää, niiden luomat magneettikentän induktiovektorit (orbitaali- ja spinmagneettiset momentit) on suunnattu eri kulmiin toisiinsa nähden. Saatu monielektroniatomin induktiovektori on yhtä suuri kuin yksittäisten elektronien luomien kenttäinduktiovektorien vektorisumma. Atomeissa, joissa on osittain täytetty elektronikuori, on kompensoimattomia kenttiä. Atomeissa, joissa on täytetty elektronikuori, tuloksena oleva induktiovektori on 0.

Kaikissa tapauksissa magneettikentän muutos johtuu magnetointivirtojen ilmaantumisesta (ilmiö on olemassa elektromagneettinen induktio). Toisin sanoen magneettikentän superpositioperiaate pysyy voimassa: magneetin sisällä oleva kenttä on ulkoisen kentän $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ ja kentän $\boldsymbol( \vec(B"))$ magnetointivirroista minä" , jotka syntyvät ulkoisen kentän vaikutuksesta. Jos magnetointivirtojen kenttä on suunnattu samalla tavalla kuin ulkoinen kenttä, niin kokonaiskentän induktio on suurempi kuin ulkoinen kenttä (kuva 3, a) - tässä tapauksessa sanomme, että aine lisää ala; jos magnetointivirtojen kenttä on suunnattu vastapäätä ulkoista kenttää, niin kokonaiskenttä on pienempi kuin ulkoinen kenttä (kuva 3, b) - tässä mielessä sanomme, että aine heikentää magneettikenttää.

Riisi. 3

AT diamagneetit Molekyyleillä ei ole omaa magneettikenttää. Ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta atomeissa ja molekyyleissä magnetointivirtojen kenttä on suunnattu vastakkaiseen suuntaan ulkoisen kentän kanssa, joten tuloksena olevan kentän magneettisen induktiovektorin $ \boldsymbol(\vec(B))$ moduuli tulee olla pienempi kuin magneettisen induktiovektorin $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ ulkoisen kentän moduuli.

Aineita, joissa ulkoinen magneettikenttä vahvistuu aineen atomien elektronikuorten magneettikenttien lisäyksen seurauksena atomimagneettikenttien suuntautumisesta ulkoisen magneettikentän suuntaan, kutsutaan ns. paramagneetit(µ > 1).

Paramagneetit vahvistavat hyvin heikosti ulkoista magneettikenttää. Paramagneettien magneettinen permeabiliteetti eroaa yksiköstä vain prosentin murto-osalla. Esimerkiksi platinan magneettinen permeabiliteetti on 1,00036. Paramagneettisten ja diamagneettisten materiaalien magneettisen permeabiliteetin pienistä arvoista johtuen niiden vaikutus ulkoiseen kenttään tai ulkoisen kentän vaikutus paramagneettisiin tai diamagneettisiin kappaleisiin on erittäin vaikea havaita. Siksi tavallisessa arkikäytännössä tekniikassa paramagneettisia ja diamagneettisia aineita pidetään ei-magneettisina eli aineina, jotka eivät muuta magneettikenttää ja joihin magneettikenttä ei vaikuta. Esimerkkejä paramagneeteista ovat natrium, happi, alumiini (μ = 1,00023).

AT paramagneetit molekyyleillä on oma magneettikenttä. Ulkoisen magneettikentän puuttuessa johtuen lämpöliikettä atomien ja molekyylien magneettikenttien induktiovektorit ovat satunnaisesti orientoituneita, joten niiden keskimääräinen magnetoituminen on nolla (kuva 4, a). Kun ulkoista magneettikenttää kohdistetaan atomeihin ja molekyyleihin, voimien momentti alkaa toimia, jolloin ne pyrkivät pyörittämään niitä niin, että niiden kentät ovat samansuuntaisia ​​ulkoisen kentän kanssa. Paramagneettisten molekyylien suuntautuminen johtaa siihen, että aine on magnetoitunut (kuva 4b).

Riisi. neljä

Molekyylien täydellinen orientoituminen magneettikentässä estää niiden lämpöliikkeen, joten paramagneettien magneettinen permeabiliteetti riippuu lämpötilasta. On selvää, että lämpötilan noustessa paramagneettien magneettinen permeabiliteetti pienenee.

ferromagneetteja

Aineita, jotka lisäävät merkittävästi ulkoista magneettikenttää, kutsutaan ferromagneetteja(nikkeli, rauta, koboltti jne.). Esimerkkejä ferromagneeteista ovat koboltti, nikkeli, rauta (μ saavuttaa arvon 8 10 3).

Tämän magneettisten materiaalien luokan nimi on peräisin Latinalainen nimi rauta - Ferrum. pääominaisuus Näistä aineista on kyky ylläpitää magnetoitumista ulkoisen magneettikentän puuttuessa, kaikki kestomagneetit kuuluvat ferromagneettien luokkaan. Raudan lisäksi sen jaksollisen järjestelmän mukaisilla ”naapurilla”, koboltilla ja nikkelillä, on ferromagneettisia ominaisuuksia. Ferromagneetit löytää leveä käytännön käyttöä Tieteessä ja tekniikassa on siksi kehitetty huomattava määrä metalliseoksia, joilla on erilaiset ferromagneettiset ominaisuudet.

Kaikki yllä olevat esimerkit ferromagneeteista viittaavat siirtymäryhmän metalleihin, joiden elektronikuori sisältää useita parittomia elektroneja, mikä johtaa siihen, että näillä atomeilla on merkittävä sisäinen magneettikenttä. Kiteisessä tilassa kiteissä olevien atomien välisen vuorovaikutuksen vuoksi syntyy spontaanin (spontaaniin) magnetoitumisen alueita - domeeneja. Näiden alueiden mitat ovat millimetrin kymmenesosia ja sadasosia (10 -4 − 10 -5 m), mikä ylittää merkittävästi yhden atomin koon (10 -9 m). Yhdessä domeenissa atomien magneettikentät ovat tiukasti yhdensuuntaisia, muiden alueiden magneettikenttien orientaatio ulkoisen magneettikentän puuttuessa muuttuu mielivaltaisesti (kuva 5).

Riisi. 5

Näin ollen myös magnetoimattomassa tilassa ferromagneetin sisällä on voimakkaita magneettikenttiä, joiden orientaatio muuttuu satunnaisesti kaoottisesti siirtyessään alueesta toiseen. Jos kappaleen mitat ylittävät merkittävästi yksittäisten domeenien mitat, tämän kappaleen domeenien luoma keskimääräinen magneettikenttä on käytännössä poissa.

Jos asetamme ferromagneetin ulkoiseen magneettikenttään B0 , silloin domeenien magneettiset momentit alkavat järjestyä uudelleen. Aineosien mekaanista avaruudellista pyörimistä ei kuitenkaan ole. Magnetoinnin käänteisprosessi liittyy muutokseen elektronien liikkeessä, mutta ei atomien sijainnin muutokseen solmuissa kristallihila. Alueet, joilla on edullisin orientaatio kentän suuntaan nähden, kasvattavat kokoaan viereisten "väärin suuntautuneiden" domeenien kustannuksella ja absorboivat niitä. Tässä tapauksessa aineen kenttä kasvaa erittäin merkittävästi.

Ferromagneettien ominaisuudet

1) aineen ferromagneettiset ominaisuudet ilmenevät vain, kun vastaava aine on sisään kiteinen tila ;

2) ferromagneettien magneettiset ominaisuudet riippuvat voimakkaasti lämpötilasta, koska alueiden magneettikenttien suuntautumista estää lämpöliike. Jokaisella ferromagneetilla on tietty lämpötila, jossa alueen rakenne tuhoutuu täysin ja ferromagneetti muuttuu paramagneetiksi. Tätä lämpötila-arvoa kutsutaan Curie-piste . Joten puhtaan raudan Curie-lämpötila on noin 900 °C;

3) ferromagneetit magnetoituvat kylläisyyteen heikoissa magneettikentissä. Kuvassa 6 näkyy kuinka magneettikentän induktiomoduuli muuttuu B teräksestä muuttuvalla ulkokentällä B0 :

Riisi. 6

4) ferromagneetin magneettinen permeabiliteetti riippuu ulkoisesta magneettikentästä (kuva 7).

Riisi. 7

Tämä johtuu siitä, että alun perin lisääntyessä B0 magneettinen induktio B vahvistuu ja sen seurauksena μ lisääntyy. Sitten magneettisen induktion arvolla B" 0 kyllästyminen tapahtuu (μ on tällä hetkellä maksimissaan) ja lisääntyy edelleen B0 magneettinen induktio B1 aineessa lakkaa muuttumasta ja magneettinen permeabiliteetti laskee (yleensä 1):

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

5) ferromagneeteissa havaitaan jäännösmagnetoitumista. Jos esimerkiksi ferromagneettinen sauva asetetaan solenoidiin, jonka läpi virta kulkee, ja magnetoidaan kyllästymiseen (piste MUTTA) (Kuva 8) ja vähennä sitten solenoidin virtaa ja sen mukana B0 , voidaan nähdä, että kentän induktio tangossa sen demagnetointiprosessissa pysyy aina suurempana kuin magnetointiprosessissa. Kun B0 = 0 (virta solenoidissa on pois päältä), induktio on yhtä suuri kuin B r (jäännösinduktio). Tanko voidaan irrottaa solenoidista ja käyttää kestomagneettina. Tangon lopulliseksi demagnetoimiseksi on välttämätöntä johtaa virta vastakkaiseen suuntaan solenoidin läpi, ts. soveltaa ulkoista magneettikenttää induktiovektorin vastakkaiseen suuntaan. Nyt lisätään tämän kentän induktiomoduulia Boc , demagnetoi sauva ( B = 0).

• Moduuli Boc kutsutaan magneettikentän induktiota, joka demagnetisoi magnetoidun ferromagneetin pakkovoima .

Riisi. kahdeksan

Lisäkorotuksella B0 on mahdollista magnetoida sauva kyllästymiseen (kohta MUTTA" ).

Nyt kutistuu B0 nollaan, he saavat jälleen kestomagneetin, mutta induktiolla –B r (vastakkainen suunta). Tangon demagnetisoimiseksi uudelleen solenoidissa on kytkettävä alkuperäisen suunnan virta uudelleen päälle ja sauva demagnetoituu induktion aikana B0 tulee tasa-arvoiseksi Boc . Lisään jatkuvasti B0 , magnetoi sauva uudelleen kyllästymiseen asti (piste MUTTA ).

Siten ferromagneetin magnetoinnin ja demagnetoinnin aikana induktio B takana B 0. Tätä viivettä kutsutaan hystereesi-ilmiö . Kuvassa 8 esitettyä käyrää kutsutaan hystereesisilmukka .

Magnetointikäyrän muoto (hystereesisilmukka) eroaa merkittävästi erilaisista ferromagneettisista materiaaleista, jotka ovat löytäneet erittäin laaja sovellus tieteellisissä ja teknisissä sovelluksissa. Joillakin magneettisilla materiaaleilla on leveä silmukka, jolla on korkea remanenssi ja koersiivisuus, niitä kutsutaan magneettisesti kovaa ja niitä käytetään kestomagneettien valmistukseen. Muille ferromagneettisille seoksille on tunnusomaista alhaiset pakkovoiman arvot; tällaiset materiaalit ovat helposti magnetoituvia ja uudelleenmagnetoituvia jopa heikoissa kentissä. Tällaisia ​​materiaaleja kutsutaan magneettisesti pehmeä ja niitä käytetään erilaisissa sähkölaitteissa - releissä, muuntajissa, magneettipiireissä jne.

Kirjallisuus

1. Aksenovich L. A. Fysiikka julkaisussa lukio: Teoria. Tehtävät. Testit: Proc. yleistä tarjoaville laitoksille. ympäristöt, koulutus / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C.330-335.
2. Zhilko, V. V. Fysiikka: oppikirja. 11. luokan lisä. Yleissivistävä koulutus koulu venäjästä lang. koulutus / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L. G. Markovich. - Mn.: Nar. asveta, 2002. - S. 291-297.
3. Slobodyanyuk A.I. Fysiikka 10. §13 Magneettikentän vuorovaikutus aineen kanssa

Huomautuksia

1. Käsittelemme magneettikentän induktiovektorin suuntaa vain piirin keskellä.

Magneettinen läpäisevyys- fyysinen määrä, kerroin (riippuen väliaineen ominaisuuksista), joka kuvaa magneettisen induktion välistä suhdetta B (\näyttötyyli (B)) ja magneettikentän voimakkuus H (\näyttötyyli (H)) sisällöltään. varten erilaisia ​​ympäristöjä tämä kerroin on erilainen, joten he puhuvat tietyn väliaineen magneettisesta läpäisevyydestä (mikä tarkoittaa sen koostumusta, tilaa, lämpötilaa jne.).

Se löytyy ensimmäisen kerran Werner Siemensin teoksesta "Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus" ("Avustus sähkömagnetismin teoriaan") vuonna 1881.

Yleensä merkitään kreikkalaisella kirjaimella µ (\displaystyle \mu ). Se voi olla sekä skalaari (isotrooppisille aineille) että tensori (anisotrooppisille aineille).

Yleisesti ottaen magneettisen induktion ja magneettikentän voimakkuuden välinen suhde magneettisen permeabiliteetin kautta esitetään seuraavasti

ja µ (\displaystyle \mu ) Yleisessä tapauksessa se tulee ymmärtää tässä tensorina, joka komponenttimerkinnässä vastaa:

Isotrooppisille aineille suhde:

voidaan ymmärtää siinä mielessä, että vektori kerrotaan skalaarilla (magneettinen permeabiliteetti pienenee tässä tapauksessa skalaariksi).

Usein nimitys µ (\displaystyle \mu ) käytetään eri tavalla kuin tässä, nimittäin suhteellisessa magneettisessa permeabiliteetissa (tässä tapauksessa µ (\displaystyle \mu ) sama kuin GHS:ssä).

Absoluuttisen magneettisen permeabiliteetin mitta SI:ssä on sama kuin magneettivakion mitta, eli H / tai / 2 .

Suhteellinen magneettinen permeabiliteetti SI:ssä liittyy magneettiseen -susseptibiliteettiin χ suhteella

Tietosanakirja YouTube

• 1 / 5

  Suurin osa aineista kuuluu joko diamagneettien luokkaan ( μ ⪅ 1 (\näyttötyyli \mu \vähemmän noin 1)) tai paramagneettien luokkaan ( μ ⪆ 1 (\displaystyle \mu \gtrapprox 1)). Mutta useilla aineilla - (ferromagneeteilla), esimerkiksi raudalla, on selvempiä magneettisia ominaisuuksia.

  Ferromagneeteissa hystereesin vuoksi magneettisen permeabiliteetin käsitettä ei tarkalleen ottaen voida soveltaa. Tietyllä magnetointikentän vaihteluvälillä (jotta jäännösmagnetoituminen voidaan jättää huomiotta, mutta kyllästymiseen asti) on mahdollista paremmalla tai huonommalla approksimaatiolla esittää tämä riippuvuus lineaarisena (ja magneettisesti pehmeitä materiaaleja, alhaalta tuleva rajoitus ei välttämättä ole käytännössä liian merkittävä), ja tässä mielessä niille voidaan mitata myös magneettisen permeabiliteetin suuruus.

  Joidenkin aineiden ja materiaalien magneettinen läpäisevyys

  Joidenkin aineiden magneettinen herkkyys

  Joidenkin materiaalien magneettinen herkkyys ja magneettinen permeabiliteetti

  Keskikokoinen	Herkkyys χ m (volumetrinen, SI)	Läpäisevyys μ [H/m]	Suhteellinen läpäisevyys μ/μ 0	Magneettikenttä	Maksimitaajuus
  Metglas (englanniksi) Metglas)		1,25	1 000 000	0,5T	100 kHz
  Nanoperm (englanniksi) Nanoperm)		10 × 10 -2	80 000	0,5T	10 kHz
  mu metallia		2,5 × 10 -2	20 000	0,002 T
  mu metallia			50 000
  Permalloy		1,0 × 10 -2	70 000	0,002 T
  Sähköinen teräs		5,0 × 10 -3	4000	0,002 T
  Ferriitti (nikkeli-sinkki)		2,0 × 10 -5 - 8,0 × 10 -4	16-640		100 kHz ~ 1 MHz [ ]
  Ferriitti (mangaani-sinkki)		>8,0 × 10 -4	640 (ja enemmän)		100 kHz ~ 1 MHz
  Teräs		8,75 × 10 -4	100	0,002 T
  Nikkeli		1,25 × 10 -4	100 - 600	0,002 T
  Neodyymimagneetti			1.05	1,2-1,4 T asti
  Platina		1,2569701 × 10 -6	1,000265
  Alumiini	2,22 × 10 -5	1,2566650 × 10 -6	1,000022
  Puu			1,00000043
  ilmaa			1,00000037
  Betoni			1
  Tyhjiö	0	1,2566371 × 10 -6 (μ 0)	1
  Vety	-2,2 × 10 -9	1,2566371 × 10 -6	1,0000000
  Teflon		1,2567 × 10 -6	1,0000
  Safiiri	-2,1 × 10 -7	1,2566368 × 10 -6	0,99999976
  Kupari	-6,4 × 10-6 tai -9,2 × 10 -6	1,2566290 × 10 -6	0,999994

  On mikroskooppisia pyöreitä virtoja ( molekyylivirrat). Tämä ajatus myöhemmin, elektronin ja atomin rakenteen löytämisen jälkeen, vahvistui: nämä virrat syntyvät elektronien liikkeestä ytimen ympäri ja koska ne ovat samalla tavalla orientoituneita, ne muodostavat yhteensä kentän sisällä. ja magneetin ympärillä.

  Kuvan päällä a tasot, joihin alkeissähkövirrat sijoitetaan, ovat satunnaisesti suunnattuja atomien kaoottisen lämpöliikkeen vuoksi, eikä aineella ole magneettisia ominaisuuksia. Magnetoidussa tilassa (esimerkiksi ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta) (kuva b) nämä tasot on suunnattu samalla tavalla ja niiden toiminnot summataan.

  Magneettinen läpäisevyys.

  Väliaineen reaktio ulkoisen magneettikentän vaikutukseen, jossa on induktio B0 (kenttä tyhjiössä), määräytyy magneettisen susceptibilisuuden mukaan. μ :

  missä AT on magneettikentän induktio aineessa. Magneettinen permeabiliteetti on samanlainen kuin dielektrisyysvakio ɛ .

  Aineet jaetaan magneettisten ominaisuuksiensa mukaan diamagneetit, paramagneetit ja ferromagneetit. Diamagneeteille kerroin μ , joka kuvaa väliaineen magneettisia ominaisuuksia, on pienempi kuin yksikkö (esim. vismutille μ = 0,999824); paramagneeteissa μ > 1 (platinalle μ - 1,00036); ferromagneeteissa μ ≫ 1 (rauta, nikkeli, koboltti).

  Diamagneetit hylkivät magneettia, kun taas paramagneetit houkuttelevat sitä. Näiden ominaisuuksien perusteella ne voidaan erottaa toisistaan. Monilla aineilla magneettinen permeabiliteetti ei juuri eroa yksiköstä, mutta ferromagneeteilla se ylittää sen huomattavasti saavuttaen useita kymmeniä tuhansia yksiköitä.

  Ferromagneetit.

  Ferromagneeteilla on vahvimmat magneettiset ominaisuudet. Ferromagneettien synnyttämät magneettikentät ovat paljon voimakkaampia kuin ulkoinen magnetointikenttä. Totta, ferromagneettien magneettikenttiä ei synny elektronien kierron vuoksi ytimien ympärillä - kiertoradan magneettinen momentti, ja elektronin omasta pyörimisestä johtuen - sen oma magneettinen momentti, ns takaisin.

  Curie lämpötila ( TKanssa) on lämpötila, jonka yläpuolella ferromagneettiset materiaalit menettävät magneettisia ominaisuuksiaan. Jokaiselle ferromagneetille on omansa. Esimerkiksi raudalle T s= 753 °С, nikkelille T s= 365 °С, koboltille T s= 1000 °C. On ferromagneettisia seoksia, joissa T s < 100 °С.

  Ensimmäiset yksityiskohtaiset tutkimukset ferromagneettien magneettisista ominaisuuksista suoritti erinomainen venäläinen fyysikko A. G. Stoletov (1839-1896).

  Ferromagneetteja käytetään melko laajalti: kestomagneetteina (sähkömittauslaitteissa, kaiuttimissa, puhelimissa ja niin edelleen), teräsytiminä muuntajissa, generaattoreissa, sähkömoottoreissa (magneettikentän tehostamiseksi ja sähkön säästämiseksi). Ferromagneeteista valmistetuille magneettinauhoille tehdään ääni- ja kuvatallennus nauhureita ja videonauhureita varten. Tiedot tallennetaan ohuille magneettikalvoille elektronisten tietokoneiden tallennuslaitteita varten.