Permeabilidad magnética. Qué es la permeabilidad magnética (mu) Tabla de permeabilidad magnética de metales y aleaciones

Constante dieléctrica de sustancias

Nota. Constante eléctrica �� o (permisividad del vacío) igual a: �� o = 1\4πs 2 * 10 7 F / m ≈ 8,85 * 10 -12 F / m

Permeabilidad magnética de una sustancia.

Nota. La constante magnética μ o (permeabilidad magnética al vacío) es: μ o = 4π * 10 -7 H/m ≈ 1,257 * 10 -6 H/m

Permeabilidad magnética de los ferroimanes

La tabla muestra los valores de permeabilidad magnética para algunos ferromagnetos (sustancias con μ > 1). La permeabilidad magnética de los ferroimanes (hierro, fundición, acero, níquel, etc.) no es constante. La tabla muestra los valores máximos.

1 Permalloy-68- una aleación de 68% de níquel y 325 de hierro; Esta aleación se utiliza para fabricar núcleos de transformadores.

Temperatura curie

Resistividad eléctrica de materiales.

Aleaciones de alta resistencia

Coeficientes de temperatura de la resistencia eléctrica de los conductores.

Superconductividad de los conductores

notas
1. Superconductividad se encuentra en más de 25 elementos metálicos y en un gran número de aleaciones y compuestos.
2. El superconductor con mayor temperatura de transición al estado superconductor -23,2 K (-250,0 o C)- hasta hace poco era el germanuro de niobio (Nb 3 Ge). A finales de 1986 se obtuvo un superconductor con una temperatura de transición de ≈ 30 K (≈ -243 o C). Se reporta la síntesis de nuevos superconductores de alta temperatura: cerámica (producida por sinterización de óxidos de bario, cobre y lantano) con una temperatura de transición de ≈ 90-120 K.

Resistividad eléctrica de algunos semiconductores y dieléctricos.

Propiedades eléctricas de los plásticos.

Resistividad eléctrica de electrolitos (a t=18 o C y 10% de concentración de solución)

Nota. La resistencia específica de los electrolitos depende de la temperatura y la concentración, es decir, de la relación entre la masa de ácido, álcali o sal disueltos y la masa de agua disuelta. A la concentración de soluciones indicada, un aumento de temperatura de 1 o C reduce la resistividad de una solución tomada a 18 o C por 0,012 de hidróxido de sodio, por 0,022 - para sulfato de cobre, por 0,021 - por cloruro de sodio, por 0,013 - por sulfúrico ácido y por 0.003 - para ácido sulfúrico al 100%.

Resistencia eléctrica específica de los líquidos.

Si en los experimentos descritos anteriormente, en lugar de un núcleo de hierro, se toman núcleos de otros materiales, también se puede detectar un cambio en el flujo magnético. Es más natural esperar que el efecto más notable sea producido por materiales similares en sus propiedades magnéticas al hierro, es decir, níquel, cobalto y algunas aleaciones magnéticas. En efecto, cuando se introduce en la bobina un núcleo de estos materiales, el aumento del flujo magnético resulta ser bastante significativo. En otras palabras, podemos decir que su permeabilidad magnética es alta; para el níquel, por ejemplo, puede alcanzar un valor de 50, para el cobalto 100. Todos estos materiales con valores grandes se combinan en un grupo de materiales ferromagnéticos.

Sin embargo, todos los demás materiales "no magnéticos" también tienen algún efecto sobre el flujo magnético, aunque este efecto es mucho menor que el de los materiales ferromagnéticos. Con mediciones muy cuidadosas, se puede detectar este cambio y se puede determinar la permeabilidad magnética de varios materiales. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que en el experimento descrito anteriormente, comparamos el flujo magnético en la bobina, cuya cavidad está llena de hierro, con el flujo en la bobina, dentro de la cual hay aire. Mientras hablábamos de materiales fuertemente magnéticos como el hierro, el níquel, el cobalto, esto no importaba, ya que la presencia de aire tiene muy poco efecto sobre el flujo magnético. Pero al estudiar las propiedades magnéticas de otras sustancias, en particular el aire mismo, debemos, por supuesto, hacer comparaciones con una bobina sin aire en el interior (vacío). Así, para la permeabilidad magnética tomamos la relación de flujos magnéticos en la sustancia en estudio y en el vacío. En otras palabras, tomamos la permeabilidad magnética del vacío como una unidad (si , entonces ).

Las mediciones muestran que la permeabilidad magnética de todas las sustancias es diferente de la unidad, aunque en la mayoría de los casos esta diferencia es muy pequeña. Pero es especialmente destacable el hecho de que algunas sustancias tengan una permeabilidad magnética mayor que uno, mientras que otras la tengan menor que uno, es especialmente destacable, es decir, llenar la bobina con algunas sustancias aumenta el flujo magnético, y llenar la bobina con otras sustancias reduce este flujo. . La primera de estas sustancias se llama paramagnética (), y la segunda, diamagnética (). Como Mesa. 7, la diferencia en la permeabilidad de la unidad es pequeña para las sustancias paramagnéticas y diamagnéticas.

Cabe destacar especialmente que para los cuerpos paramagnéticos y diamagnéticos, la permeabilidad magnética no depende de la inducción magnética del campo magnético externo, es decir, es un valor constante que caracteriza a una sustancia dada. Como veremos en el § 149, este no es el caso del hierro y otros cuerpos (ferromagnéticos) similares.

Tabla 7. Permeabilidad para algunas sustancias paramagnéticas y diamagnéticas

La influencia de las sustancias paramagnéticas y diamagnéticas sobre el flujo magnético se explica, así como la influencia de las sustancias ferromagnéticas, por el hecho de que al flujo magnético creado por la corriente en el devanado de la bobina se le suma un flujo que emana de corrientes de amperios elementales. Las sustancias paramagnéticas aumentan el flujo magnético de la bobina. Este aumento de flujo cuando la bobina se llena con una sustancia paramagnética indica que en las sustancias paramagnéticas, bajo la acción de un campo magnético externo, las corrientes elementales se orientan de modo que su dirección coincida con la dirección de la corriente del devanado (Fig. 276). Una ligera diferencia con respecto a la unidad solo indica que, en el caso de las sustancias paramagnéticas, este flujo magnético adicional es muy pequeño, es decir, que las sustancias paramagnéticas se magnetizan muy débilmente.

La disminución del flujo magnético cuando la bobina se llena con una sustancia diamagnética significa que, en este caso, el flujo magnético de las corrientes de amperios elementales se dirige en dirección opuesta al flujo magnético de la bobina, es decir, que surgen corrientes elementales en sustancias diamagnéticas bajo la acción de un campo magnético externo, dirigido de manera opuesta a las corrientes de los devanados (Fig. 277). La pequeñez de las desviaciones de la unidad en este caso también indica que el flujo adicional de estas corrientes elementales es pequeño.

Arroz. 277. Las sustancias diamagnéticas dentro de la bobina debilitan el campo magnético del solenoide. Las corrientes elementales en ellos se dirigen en dirección opuesta a la corriente en el solenoide.

llamado permeabilidad magnética . Magnético absolutopermeabilidad ambiente es la relación de B a H. Según el Sistema Internacional de Unidades, se mide en unidades llamadas 1 henry por metro.

Su valor numérico se expresa por la relación de su valor con el valor de la permeabilidad magnética del vacío y se denota por µ. Este valor se llama magnético relativopermeabilidad(o simplemente permeabilidad magnética) del medio. Como cantidad relativa, no tiene unidad de medida.

Por lo tanto, la permeabilidad magnética relativa µ es un valor que muestra cuántas veces la inducción del campo de un medio determinado es menor (o mayor) que la inducción del campo magnético del vacío.

Cuando una sustancia se expone a un campo magnético externo, se magnetiza. ¿Como sucedió esto? Según la hipótesis de Ampere, en toda sustancia circulan constantemente corrientes eléctricas microscópicas, provocadas por el movimiento de los electrones en sus órbitas y la presencia de los propios, en condiciones normales este movimiento es desordenado y los campos se “apagan” (compensan) entre sí. . Cuando un cuerpo se coloca en un campo externo, las corrientes se ordenan y el cuerpo se magnetiza (es decir, tiene su propio campo).

La permeabilidad magnética de todas las sustancias es diferente. En función de su tamaño, las sustancias están sujetas a división en tres grandes grupos.

A diaimanes el valor de la permeabilidad magnética µ es ligeramente inferior a la unidad. Por ejemplo, el bismuto tiene µ = 0,9998. Los diamagnetos incluyen zinc, plomo, cuarzo, cobre, vidrio, hidrógeno, benceno y agua.

Permeabilidad magnética paraimanes un poco más que la unidad (para aluminio, µ = 1,000023). Ejemplos de paramagnetos son níquel, oxígeno, tungsteno, ebonita, platino, nitrógeno, aire.

Finalmente, el tercer grupo incluye una serie de sustancias (principalmente metales y aleaciones), cuya permeabilidad magnética excede significativamente (en varios órdenes de magnitud) la unidad. Estas sustancias son ferroimanes. Estos incluyen principalmente níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones. Para acero µ = 8∙10^3, para aleación de níquel-hierro µ=2.5∙10^5. Los ferroimanes tienen propiedades que los distinguen de otras sustancias. Primero, tienen magnetismo residual. En segundo lugar, su permeabilidad magnética depende de la magnitud de la inducción del campo externo. En tercer lugar, para cada uno de ellos existe un cierto umbral de temperatura, llamado punto de curiosidad, en el que pierde sus propiedades ferromagnéticas y se convierte en un paramagneto. Para el níquel el punto de Curie es 360°C, para el hierro es 770°C.

Las propiedades de los ferroimanes están determinadas no solo por la permeabilidad magnética, sino también por el valor de I, llamado magnetización de esta sustancia. Esta es una función no lineal compleja de inducción magnética, el crecimiento de la magnetización se describe mediante una línea llamada curva de magnetización. En este caso, habiendo llegado a cierto punto, la magnetización prácticamente deja de crecer (ahí viene saturación magnética). El retraso del valor de la magnetización de un ferroimán del valor creciente de la inducción del campo externo se llama histéresis magnética. En este caso, existe una dependencia de las características magnéticas de un ferroimán no solo de su estado actual, sino también de su magnetización previa. La representación gráfica de la curva de esta dependencia se llama bucle de histéresis.

Debido a sus propiedades, los ferroimanes son muy utilizados en ingeniería. Se utilizan en los rotores de generadores y motores eléctricos, en la fabricación de núcleos de transformadores y en la producción de piezas para computadoras electrónicas. Los ferroimanes se utilizan en grabadoras, teléfonos, cintas magnéticas y otros medios.

El campo magnético de la bobina está determinado por la corriente y la intensidad de este campo, y la inducción del campo. Aquellos. la inducción de campo en el vacío es proporcional a la magnitud de la corriente. Si se crea un campo magnético en un determinado medio o sustancia, entonces el campo actúa sobre la sustancia y, a su vez, cambia el campo magnético de cierta manera.

Una sustancia en un campo magnético externo se magnetiza y surge en ella un campo magnético interno adicional. Está asociado con el movimiento de electrones a lo largo de órbitas intraatómicas, así como alrededor de su propio eje. El movimiento de los electrones y los núcleos de los átomos se pueden considerar como corrientes circulares elementales.

Las propiedades magnéticas de una corriente circular elemental se caracterizan por un momento magnético.

En ausencia de un campo magnético externo, las corrientes elementales en el interior de la sustancia se orientan aleatoriamente (caóticamente) y, por tanto, el momento magnético total o total es cero y el campo magnético de las corrientes internas elementales no se detecta en el espacio circundante.

El efecto de un campo magnético externo sobre las corrientes elementales en la materia es que la orientación de los ejes de rotación de las partículas cargadas cambia de modo que sus momentos magnéticos resultan estar dirigidos en una dirección. (hacia el campo magnético externo). La intensidad y la naturaleza de la magnetización en diferentes sustancias en el mismo campo magnético externo difieren significativamente. El valor que caracteriza las propiedades del medio y la influencia del medio en la densidad del campo magnético se llama absoluto permeabilidad magnética o permeabilidad magnética del medio (μ Con ) . Esta es la relación = . Medido [ μ Con ]=H/m.

La permeabilidad magnética absoluta del vacío se denomina constante magnética. μ sobre \u003d 4π 10 -7 Gn / m.

La relación entre la permeabilidad magnética absoluta y la constante magnética se llama permeabilidad magnética relativaμ c / μ 0 \u003d μ. Aquellos. La permeabilidad magnética relativa es un valor que muestra cuántas veces la permeabilidad magnética absoluta de un medio es mayor o menor que la permeabilidad absoluta del vacío. μ es una cantidad adimensional que varía en un amplio rango. Este valor es la base para dividir todos los materiales y medios en tres grupos.

Diaimanes . Estas sustancias tienen 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.

Paraimanes . Estas sustancias tienen μ > 1. Estas incluyen aluminio, magnesio, estaño, platino, manganeso, oxígeno, aire, etc. El aire tiene = 1.0000031. . Estas sustancias, así como los diamagnetos, interactúan débilmente con un imán.

Para cálculos técnicos, se supone que μ de cuerpos diamagnéticos y paramagnéticos es igual a uno.

ferroimanes . Este es un grupo especial de sustancias que juegan un papel muy importante en la ingeniería eléctrica. Estas sustancias tienen μ >> 1. Estas incluyen hierro, acero, hierro fundido, níquel, cobalto, gadolinio y aleaciones metálicas. Estas sustancias son fuertemente atraídas por un imán. Estas sustancias tienen μ = 600-10 000. Para algunas aleaciones, μ alcanza valores récord de hasta 100 000. Cabe señalar que μ para materiales ferromagnéticos no es constante y depende de la intensidad del campo magnético, el tipo de material y la temperatura.

El gran valor de µ en los ferroimanes se explica por el hecho de que tienen regiones de magnetización espontánea (dominios), dentro de las cuales los momentos magnéticos elementales están dirigidos de la misma manera. Cuando se suman, forman los momentos magnéticos comunes de los dominios.

En ausencia de un campo magnético, los momentos magnéticos de los dominios están orientados aleatoriamente y el momento magnético total del cuerpo o sustancia es cero. Bajo la acción de un campo externo, los momentos magnéticos de los dominios se orientan en una dirección y forman el momento magnético total del cuerpo, dirigido en la misma dirección que el campo magnético externo.

Esta importante característica se utiliza en la práctica, utilizando núcleos ferromagnéticos en bobinas, lo que permite aumentar drásticamente la inducción magnética y el flujo magnético con los mismos valores de corrientes y el número de vueltas, o, en otras palabras, concentrar el campo magnético en un volumen relativamente pequeño.

La permeabilidad magnética es diferente para diferentes medios y depende de sus propiedades, por lo que se acostumbra hablar de la permeabilidad magnética de un medio en particular (es decir, su composición, estado, temperatura, etc.).

En el caso de un medio isotrópico homogéneo, la permeabilidad magnética μ:

μ \u003d B / (μ o H),

En cristales anisotrópicos, la permeabilidad magnética es un tensor.

La mayoría de las sustancias se dividen en tres clases según el valor de la permeabilidad magnética:

• diaimanes ( μ < 1 ),
• paraimanes ( µ > 1 )
• ferroimanes (que tienen propiedades magnéticas más pronunciadas, como el hierro).

La permeabilidad magnética de los superconductores es cero.

La permeabilidad magnética absoluta del aire es aproximadamente igual a la permeabilidad magnética del vacío y en cálculos técnicos se toma igual a 4π 10 -7 H/m

μ = 1 + χ (en unidades SI);

μ = 1 + 4πχ (en unidades CGS).

La permeabilidad magnética del vacío físico μ =1, ya que χ=0.

La permeabilidad magnética muestra cuántas veces la permeabilidad magnética absoluta de un material determinado es mayor que la constante magnética, es decir, cuántas veces el campo magnético de las macrocorrientes H es potenciado por el campo de microcorrientes del medio. La permeabilidad magnética del aire y de la mayoría de las sustancias, con la excepción de los materiales ferromagnéticos, es cercana a la unidad.

En la técnica se utilizan varios tipos de permeabilidad magnética, dependiendo de las aplicaciones específicas del material magnético. La permeabilidad magnética relativa muestra cuántas veces en un medio dado la fuerza de interacción entre cables con cambios actuales en comparación con el vacío. Numéricamente igual a la relación entre la permeabilidad magnética absoluta y la constante magnética. La permeabilidad magnética absoluta es igual al producto de la permeabilidad magnética y la constante magnética.

Para diamagnetos, χμχ>0 y μ> 1. Dependiendo de si μ de ferroimanes se mide en un campo magnético estático o alterno, se denomina, respectivamente, permeabilidad magnética estática o dinámica.

La permeabilidad magnética de los ferroimanes depende de manera compleja de H . A partir de la curva de magnetización de un ferroimán, se puede construir la dependencia de la permeabilidad magnética de NORTE.

Permeabilidad magnética, determinada por la fórmula:

μ \u003d B / (μ o H),

llamada permeabilidad magnética estática.

Es proporcional a la tangente de la pendiente de la secante trazada desde el origen hasta el punto correspondiente de la curva de magnetización principal. El valor límite de la permeabilidad magnética μ n con un campo magnético que tiende a cero se denomina permeabilidad magnética inicial. Esta característica es de gran importancia en el uso técnico de muchos materiales magnéticos. Experimentalmente se determina en campos magnéticos débiles con una intensidad del orden de 0,1 A/m.