Permeabilitate magnetică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În fizică , în special în electromagnetism , permeabilitatea magnetică a unui material este o mărime fizică care exprimă capacitatea materialului de a fi magnetizat în prezența unui câmp magnetic .

Permeabilitatea magnetică se măsoară în henry pe metru (H / m), echivalent cu newtoni pe amper pătrat (N / A 2 ). Aproape toate mediile omogene au o permeabilitate magnetică care poate fi considerată constantă, cu toate acestea pentru unele substanțe (precum fierul , cobaltul , nichelul ) are un comportament care manifestă o anumită histerezis , adică permeabilitatea arată o dependență de magnetizările și demagnetizările anterioare suferite. prin astfel de materiale . Substanțele pentru care apare acest comportament se numesc feromagnetice .

În substanțele neferomagnetice, valoarea permeabilității magnetice diferă ușor de cea a vidului și sunt împărțite în diamagnetice (în care permeabilitatea relativă este mai mică de 1) și paramagnetice (în care permeabilitatea relativă este mai mare de 1). Aceasta diferă de permitivitatea electrică , care poate diferi foarte mult de valoarea în vid și se schimbă semnificativ în funcție de substanță, dar presupunând întotdeauna valori mai mari decât cea din vid.

Permeabilitatea magnetică a vidului este una dintre constantele fizice fundamentale. Valoarea sa în unități SI este:

H / m , [1] aproximativ egal cu H / m.

Permeabilitatea este adesea exprimată ca produs permeabilitate relativă iar cea a golului . [2]

Definiție

Permeabilitatea magnetică unui material este dat de relația constitutivă:

unde este este inducția magnetică e intensitatea câmpului magnetic . [3] Permeabilitatea magnetică depinde, în general, de poziția din interiorul materialului și de direcția câmpului magnetic: este deci descrisă cu un tensor de ordinul doi (matrice 3x3), care, dacă mediul este izotrop și omogen, se reduce la un scalar. În plus, permeabilitatea depinde și de frecvența câmpului și, prin urmare, este o funcție complexă a frecvenței. De asemenea, variază în funcție de alți factori, de obicei neglijabili, cum ar fi umiditatea și temperatura.

Polarizarea magnetică

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: polarizarea magnetică .
Comparație calitativă între tendința de permeabilitate magnetică pentru materialele feromagneticef ), paramagneticep ), vid (μ 0 ) și diamagneticed )
Curba de magnetizare a feromagnetilor (și ferimagnetilor ) și permeabilitatea corespunzătoare.

Proprietățile magnetice ale unui material pot fi descrise și modelate pornind de la faptul că o bobină traversată de un curent electric se comportă, la o distanță mare, ca un dipol magnetic . Prin exploatarea modelului planetar al atomului , fiecare electron constituie o bobină microscopică traversată de un curent (mișcarea electronului în sine) care, în absența câmpurilor electromagnetice externe, este orientată aleatoriu. Prezența unui câmp magnetic local implică o orientare colectivă a bobinelor. Efectul acestei polarizări poate fi descris prin trasarea curenților de magnetizare microscopici la o cantitate de vector macroscopic, care descrie comportamentul global al materialului supus prezenței câmpului magnetic: vectorul de intensitate de magnetizare , numit și vectorul de polarizare magnetică și indicat cu , este momentul dipol magnetic pe unitate de volum deținut de material. Definită ca valoarea medie a momentului magnetic propriu din particule conținute într-un volum infinitesimal , se exprimă prin relația: [4]

În sistemul internațional de unități, vectorul de polarizare magnetică este măsurat în amperi pe metru (A / m), iar în definiție limita este valabilă pentru un volum care conține un număr semnificativ de atomi, astfel încât să poată calcula o medie proprietate.

Polarizarea materiei ne obligă să luăm în considerare curenții microscopici suplimentari care se formează în material, iar a patra ecuație a lui Maxwell ia forma: [5]

unde este este vectorul câmpului magnetic din materie, dat de: [6]

Deoarece nu toate materialele au o relație liniară între Și , materialele magnetice sunt împărțite în trei categorii:

  • Materialele feromagnetice , precum fierul , cobaltul și nichelul , se caracterizează prin faptul că câmpurile Și nu sunt paralele, iar permeabilitatea caracteristică are un comportament care urmează un anumit ciclu de histerezis , adică depinde de magnetizările și demagnetizările anterioare suferite de aceste materiale. Mai precis, în substanțele feromagnetice permeabilitatea este o funcție a câmpului magnetic .
  • Materiale diamagnetice , caracterizate printr-o permeabilitate caracteristică constantă, dar mai mică decât unitate și independentă de .
  • Materiale paramagnetice , caracterizate printr-o permeabilitate caracteristică constantă și mai mare decât unitatea și independentă de .

Există, de asemenea, materiale giromagnetice , pentru care permeabilitatea pentru câmpurile electromagnetice oscilante are forma tensorială:

in care este frecvența de oscilație a câmpului.

Sensibilitate magnetică, permitivitate electrică și indicele de refracție

Susceptibilitatea magnetică și permeabilitatea magnetică sunt legate de următoarea relație:

Viteza luminii într-un mediu este definit pornind de la permitivitatea electrică și permeabilitate magnetică:

Prin urmare, permitivitatea și indicele de refracție sunt legate de relația: [7] [8]

Permeabilitate complexă

Într-un material liniar se întâmplă că pentru frecvențe joase câmpul magnetic și câmpul care se formează ca urmare a polarizării sunt substanțial proporționale. La frecvențe înalte se întâmplă că răspunsul materialului nu este instantaneu, ci pe măsură ce variază modificarea valorii apare după un anumit timp scurt. [9] Permeabilitatea trebuie să exprime în acest caz o schimbare de fază între Și , și, prin urmare, este descris cu un număr complex . Scrierea câmpurilor ca fazori :

unde este este schimbarea de fază, avem:

Folosind formula lui Euler obținem forma dreptunghiulară a permeabilității complexe:

Raportul:

cuantifică absorbția energiei electromagnetice de către mediu.

Permeabilitatea unor materiale

Material Susceptibilitate χ m
(DA volumetric)
Permeabilitate μ [H / m] Permeabilitatea relativă μ / μ 0 Camp magnetic Frecvența maximă
Metglas 1,25 1000000 [10] 0,5 T 100 kHz
Nanoperm 1 × 10 −2 80000 [11] 0,5 T 10 kHz
Mu-metal 2,5 × 10 −2 20000 [12] 0,002 T
Mu-metal 50000 [13]
Permalloy 8000 1,0 × 10 −2 8000 [12] 0,002 T
Ferită (mangan, zinc) > 8,0 × 10 −4 640 (sau mai mare) 100kHz ~ 1MHz
Oţel 8,75 × 10 −4 100 [12] 0,002 T
Nichel 1,25 × 10 −4 100 [12] - 600 0,002 T
Magneți de neodim 1.31946891 × 10 −6 1,05 [14]
Platină 1,2569701 × 10 −6 1.000265
Aluminiu 2,22 × 10 −5 [15] 1,2566650 × 10 −6 1.000022
Lemn 1.00000043 [15]
Aer 1,2566375 × 10 −6 1.00000037 [16]
Beton 1 [17]
Gol 0 4π × 10 −70 ) 1 [18]
Hidrogen -2,2 × 10 −9 [15] 1,2566371 × 10 −6 1.0000000
Teflon 1,2567 × 10 −6 [12] 1.0000
Safir -2,1 × 10 −7 1.2566368 × 10 −6 0,99999976
Cupru -6,4 × 10 −6
sau -9,2 × 10 −6 [15]
1,2566290 × 10 −6 0,999994
Cascadă -8,0 × 10 −6 1,2566270 × 10 −6 0,999992
Bismut -1,66 × 10 −4 1,25642846 × 10 −6 0,999834
Grafit pirolitic -4,00 x 10 - 4 0,9996
Supraconductor −1 0 0

Notă

  1. ^(RO) IUPAC Gold Book, "permeabilitatea vidului"
  2. ^(RO) IUPAC Gold Book, „permeabilitate”
  3. ^ Jackson , pagina 780 .
  4. ^ Mencuccini, Silvestrini , pagina 305 .
  5. ^ Mencuccini, Silvestrini , pagina 309 .
  6. ^ Mencuccini, Silvestrini , pagina 310 .
  7. ^ Griffiths, secțiunea 9.4.1
  8. ^ Jackson, Secțiunea 5.18A
  9. ^ M. Getzlaff, Fundamentals of magnetism , Berlin: Springer-Verlag, 2008.
  10. ^ "Metglas Magnetic Alloy 2714A", '' Metglas '' , pe metglas.com . Adus la 8 noiembrie 2011 (arhivat din original la 6 februarie 2012) .
  11. ^ „Proprietățile materiale tipice ale NANOPERM”, „Magnetec” ( PDF ), pe magnetec.de . Adus la 8 noiembrie 2011 .
  12. ^ a b c d și „Permeabilitate relativă”, „Hyperphysics” , la hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Adus la 8 noiembrie 2011 .
  13. ^ Aliaje de nichel-oțeluri inoxidabile, aliaje de cupru de nichel, aliaje de nichel-crom, aliaje de expansiune redusă , pe nickel-alloys.net . Adus la 8 noiembrie 2011 .
  14. ^ Juha Pyrhönen, Tapani Jokinen, Valéria Hrabovcová, Design of Rotating Electrical Machines , John Wiley and Sons, 2009, p. 232, ISBN 0-470-69516-1 .
  15. ^ a b c d Richard A. Clarke,Clarke, R. "Proprietățile magnetice ale materialelor", surrey.ac.uk , su ee.surrey.ac.uk . Adus la 8 noiembrie 2011 .
  16. ^ BD Cullity și CD Graham (2008), Introducere în materiale magnetice, ediția a II-a, 568 pp., P.16
  17. ^ NDT.net, Determinarea proprietăților dielectrice ale betonului insituat la frecvențe radar , su ndt.net . Adus la 8 noiembrie 2011 .
  18. ^ valoarea exactă, prin definiție

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN ( EN ) sh85079728
Electromagnetismul Portalul electromagnetismului : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de electromagnetism