Permeabilitatea magnetică. Ce este permeabilitatea magnetică (mu) Tabelul permeabilității magnetice a metalelor și aliajelor

Constanta dielectrica a substantelor

Notă. Constanta electrică ԑ o (constanta dielectrică a vidului) egală cu: ԑ o = 1 \ 4πs 2 * 10 7 F / m ≈ 8,85 * 10 -12 F / m

Permeabilitatea magnetică a materiei

Notă. Constanta magnetică μ o (permeabilitatea magnetică a vidului) este egală cu: μ o = 4π * 10 -7 H / m ≈ 1,257 * 10 -6 H / m

Permeabilitatea magnetică a feromagneților

Tabelul prezintă valorile permeabilității magnetice pentru unii feromagneți (substanțe cu μ> 1). Permeabilitatea magnetică pentru feromagneți (fier, fontă, oțel, nichel etc.) nu este constantă. Tabelul prezintă valorile maxime.

1 Permalloy-68- aliaj de 68% nichel si 325 fier; acest aliaj este utilizat pentru fabricarea miezurilor de transformatoare.

Temperatura Curie

Rezistenta electrica specifica a materialelor

Aliaje de înaltă rezistență

Coeficienții de temperatură ai rezistenței electrice a conductorilor

Supraconductivitatea conductorilor

Note.
1. Supraconductivitate găsit în peste 25 de elemente metalice și într-un număr mare de aliaje și compuși.
2. Supraconductorul cu cea mai mare temperatură de tranziție supraconductivă -23,2 K (-250,0 o C) - până de curând a fost germanura de niobiu (Nb 3 Ge). La sfârşitul anului 1986 s-a obţinut un supraconductor cu o temperatură de tranziţie de ≈30 K (≈ -243 o C). Se raportează despre sinteza de noi supraconductori la temperatură înaltă: ceramică (fabricată prin sinterizarea oxizilor de bariu, cupru și lantan) cu o temperatură de tranziție de ≈ 90-120 K.

Rezistența electrică specifică a unor semiconductori și dielectrici

Proprietățile electrice ale materialelor plastice

Rezistența electrică specifică a electroliților (la t = 18 o С și concentrația soluției de 10%)

Percepţie. Rezistivitatea electroliților depinde de temperatură și concentrație, adică din raportul dintre masa acidului, alcalin sau sării dizolvate la masa apei dizolvate. La concentrația specificată de soluții, o creștere a temperaturii cu 1 o С scade rezistivitatea unei soluții luate la 18 o С cu 0,012 hidroxid de sodiu, cu 0,022 - pentru sulfatul de cupru, cu 0,021 - pentru clorură de sodiu, cu 0,013 - pentru sulfuric acid și cu 0,003 - pentru acid sulfuric 100%.

Rezistenta electrica specifica a lichidelor

Dacă, în experimentele descrise mai sus, în locul unui miez din fier se iau miezuri din alte materiale, atunci poate fi detectată și o modificare a fluxului magnetic. Este cel mai natural să ne așteptăm ca efectul cel mai vizibil să fie produs de materiale similare prin proprietățile lor magnetice cu fierul, adică nichel, cobalt și unele aliaje magnetice. Într-adevăr, atunci când un miez din aceste materiale este introdus în bobină, creșterea fluxului magnetic se dovedește a fi destul de semnificativă. Cu alte cuvinte, putem spune că permeabilitatea lor magnetică este mare; pentru nichel, de exemplu, poate ajunge la o valoare de 50, pentru cobalt 100. Toate aceste materiale cu valori mari sunt combinate într-un singur grup de materiale feromagnetice.

Cu toate acestea, toate celelalte materiale „nemagnetice” au, de asemenea, un anumit efect asupra fluxului magnetic, deși acest efect este mult mai mic decât cel al materialelor feromagnetice. Cu măsurători foarte atente, această modificare poate fi detectată și poate fi determinată permeabilitatea magnetică a diferitelor materiale. În acest caz, însă, trebuie avut în vedere că în experimentul descris mai sus, am comparat fluxul magnetic dintr-o bobină, a cărei cavitate este umplută cu fier, cu fluxul dintr-o bobină, în interiorul căreia se află aer. Deși era vorba despre materiale atât de puternic magnetice precum fierul, nichelul, cobaltul, acest lucru nu a contat, deoarece prezența aerului are un efect foarte mic asupra fluxului magnetic. Dar atunci când studiem proprietățile magnetice ale altor substanțe, în special aerul însuși, trebuie, desigur, să facem o comparație cu o bobină, în interiorul căreia nu există aer (vid). Astfel, pentru permeabilitatea magnetică, luăm raportul fluxurilor magnetice în substanța de testat și în vid. Cu alte cuvinte, ca unitate luăm permeabilitatea magnetică pentru vid (dacă, atunci).

Măsurătorile arată că permeabilitatea magnetică a tuturor substanțelor este diferită de unitate, deși în majoritatea cazurilor această diferență este foarte mică. Dar este deosebit de remarcabil faptul că permeabilitatea magnetică a unor substanțe este mai mare decât unitatea, în timp ce la altele este mai mică decât unitatea, adică umplerea bobinei cu unele substanțe crește fluxul magnetic, iar umplerea bobinei cu alte substanțe scade acest flux. . Prima dintre aceste substanțe se numește paramagnetice (), iar a doua, diamagnetică (). După cum arată tabelul. 7, diferența de permeabilitate față de unitate atât pentru substanțele paramagnetice, cât și pentru cele diamagnetice este mică.

Trebuie subliniat în special faptul că pentru corpurile paramagnetice și diamagnetice, permeabilitatea magnetică nu depinde de inducția magnetică a unui câmp extern, magnetizant, adică este o valoare constantă care caracterizează o substanță dată. După cum vom vedea § 149, acesta nu este cazul pentru fier și alte corpuri similare (feromagnetice).

Tabel 7. Permeabilitatea magnetică pentru unele substanțe paramagnetice și diamagnetice

Influența substanțelor paramagnetice și diamagnetice asupra fluxului magnetic se explică, precum și influența substanțelor feromagnetice, prin faptul că fluxul emanat de curenții de amperi elementari se alătură fluxului magnetic creat de curentul din înfășurarea bobinei. Substanțele paramagnetice cresc fluxul magnetic al bobinei. Această creștere a fluxului atunci când bobina este umplută cu o substanță paramagnetică indică faptul că în substanțele paramagnetice, sub acțiunea unui câmp magnetic extern, curenții elementari sunt orientați astfel încât direcția lor să coincidă cu direcția curentului de înfășurare (Fig. 276) . O ușoară diferență față de unitate indică doar că, în cazul substanțelor paramagnetice, acest flux magnetic suplimentar este foarte mic, adică substanțele paramagnetice sunt foarte slab magnetizate.

O scădere a fluxului magnetic atunci când bobina este umplută cu o substanță diamagnetică înseamnă că în acest caz fluxul magnetic de la curenții elementari de amperi este îndreptat opus fluxului magnetic al bobinei, adică cel în substanțele diamagnetice, sub acțiunea un câmp magnetic extern, apar curenți elementari care sunt direcționați opus curenților de înfășurare (Fig. 277). Mici abateri de la unitate în acest caz indică faptul că fluxul suplimentar al acestor curenți elementari este mic.

Orez. 277. Substanțele diamagnetice din interiorul bobinei slăbesc câmpul magnetic al solenoidului. Curenții elementari din ele sunt direcționați opus curentului din solenoid

Numită permeabilitate magnetică . Magnetic absolutpermeabilitate mediu este raportul dintre B și H. Conform Sistemului internațional de unități, se măsoară în unități numite 1 henry pe metru.

Valoarea sa numerică este exprimată prin raportul dintre mărimea sa și mărimea permeabilității magnetice a vidului și se notează cu µ. Această valoare este numită relativ magneticpermeabilitate(sau pur și simplu permeabilitatea magnetică) a mediului. Ca valoare relativă, nu are unitate de măsură.

În consecință, permeabilitatea magnetică relativă µ este o valoare care arată de câte ori inducerea câmpului unui mediu dat este mai mică (sau mai mare) decât inducerea câmpului magnetic în vid.

Când o substanță este expusă unui câmp magnetic extern, aceasta devine magnetizată. Cum se întâmplă asta? Conform ipotezei lui Ampere, în fiecare substanță circulă constant curenți electrici microscopici, cauzați de mișcarea electronilor pe orbitele lor și de prezența propriei lor.În condiții normale, această mișcare este dezordonată, iar câmpurile „se stinge” (se compensează) între ele. . Când un corp este plasat într-un câmp extern, curenții sunt ordonați, iar corpul devine magnetizat (adică, posedă propriul câmp).

Permeabilitatea magnetică a tuturor substanțelor este diferită. Pe baza dimensiunii sale, substanțele trebuie împărțite în trei grupuri mari.

Avea diamagneti valoarea permeabilității magnetice µ este puțin mai mică decât unitatea. De exemplu, bismutul are µ = 0,9998. Diamagneții includ zinc, plumb, cuarț, cupru, sticlă, hidrogen, benzen și apă.

Permeabilitatea magnetică paramagneti puțin mai mult de unul (pentru aluminiu µ = 1,000023). Exemple de paramagneți sunt nichel, oxigen, wolfram, ebonită, platină, azot, aer.

În cele din urmă, al treilea grup include o serie de substanțe (în principal metale și aliaje), a căror permeabilitate magnetică depășește semnificativ (cu câteva ordine de mărime) unitatea. Aceste substante - feromagneți. Aceasta include în principal nichelul, fierul, cobaltul și aliajele acestora. Pentru oțel µ = 8 ∙ 10 ^ 3, pentru un aliaj de nichel cu fier µ = 2,5 ∙ 10 ^ 5. Feromagneții au proprietăți care îi deosebesc de alte substanțe. În primul rând, au magnetism rezidual. În al doilea rând, permeabilitatea lor magnetică depinde de mărimea inducției câmpului extern. În al treilea rând, pentru fiecare dintre ele există un anumit prag de temperatură, numit Punctul Curie, în care își pierde proprietățile feromagnetice și devine paramagnet. Pentru nichel, punctul Curie este de 360 ​​° C, pentru fier - 770 ° C.

Proprietățile feromagneților sunt determinate nu numai de permeabilitatea magnetică, ci și de cantitatea I, numită magnetizare a acestei substante. Aceasta este o funcție complexă neliniară a inducției magnetice, creșterea magnetizării este descrisă de o linie numită curba de magnetizare... În acest caz, după ce a ajuns la un anumit punct, magnetizarea practic încetează să crească (există saturație magnetică). Întârzierea mărimii magnetizării feromagnetului față de mărimea în creștere a inducției câmpului extern se numește histerezis magnetic... În acest caz, există o dependență a caracteristicilor magnetice ale unui feromagnet nu numai de starea sa în acest moment, ci și de magnetizarea sa anterioară. Reprezentarea grafică a curbei acestei dependențe se numește bucla de histerezis.

Datorită proprietăților lor, feromagneții sunt utilizați pe scară largă în tehnologie. Sunt utilizate la rotoarele generatoarelor și motoarelor electrice, la fabricarea miezurilor de transformatoare și la fabricarea pieselor pentru calculatoare electronice. feromagneții sunt utilizați în casetofone, telefoane, benzi magnetice și alte medii.

Câmpul magnetic al bobinei este determinat de curentul și puterea acestui câmp și de inducția câmpului. Acestea. inducția câmpului în vid este proporțională cu mărimea curentului. Dacă un câmp magnetic este creat într-un anumit mediu sau substanță, atunci câmpul acționează asupra substanței și, la rândul său, modifică câmpul magnetic într-un anumit mod.

O substanță dintr-un câmp magnetic extern este magnetizată și în ea ia naștere un câmp magnetic intern suplimentar. Este asociat cu mișcarea electronilor de-a lungul orbitelor intra-atomice, precum și în jurul propriei axe. Mișcarea electronilor și a nucleelor ​​atomilor pot fi considerate curenți circulari elementari.

Proprietățile magnetice ale unui curent circular elementar sunt caracterizate de un moment magnetic.

În absența unui câmp magnetic extern, curenții elementari din interiorul substanței sunt orientați aleatoriu (haotic) și, prin urmare, momentul magnetic total sau total este zero și câmpul magnetic al curenților interni elementari nu este detectat în spațiul înconjurător.

Efectul unui câmp magnetic extern asupra curenților elementari dintr-o substanță este că orientarea axelor de rotație a particulelor încărcate se modifică astfel încât momentele lor magnetice se dovedesc a fi direcționate într-o singură direcție. (spre câmpul magnetic extern). Intensitatea și natura magnetizării pentru diferite substanțe din același câmp magnetic extern sunt semnificativ diferite. Mărimea care caracterizează proprietățile mediului și efectul mediului asupra densității câmpului magnetic se numește absolută. permeabilitatea magnetică sau permeabilitatea magnetică a mediului (μ Cu ) ... Aceasta este relația =. Masurat de [ μ Cu ] = H/m.

Permeabilitatea magnetică absolută a vidului se numește constantă magnetică μ O = 4π 10 -7 H/m.

Raportul dintre permeabilitatea magnetică absolută și constanta magnetică se numește permeabilitate relativăμ c / μ 0 = μ. Acestea. permeabilitatea relativă este o valoare care arată de câte ori permeabilitatea magnetică absolută a unui mediu este mai mare sau mai mică decât permeabilitatea absolută a vidului. μ este o mărime adimensională care variază într-o gamă largă. Această valoare este baza pentru împărțirea tuturor materialelor și mediilor în trei grupuri.

Diamagnetice ... Aceste substanțe au 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.

Paramagneți ... Aceste substanțe au μ> 1. Acestea includ - aluminiu, magneziu, staniu, platină, mangan, oxigen, aer etc. Aer = 1,0000031. ... Aceste substanțe, precum diamagneții, interacționează slab cu un magnet.

Pentru calculele tehnice, μ al corpurilor diamagnetice și paramagnetice este considerată egală cu unitatea.

Ferromagneți ... Acesta este un grup special de substanțe care joacă un rol imens în inginerie electrică. Aceste substanțe au μ >> 1. Acestea includ fier, oțel, fontă, nichel, cobalt, gadoliniu și aliaje metalice. Aceste substanțe sunt puternic atrase de magnet. Pentru aceste substanțe μ = 600-10 000. Pentru unele aliaje μ atinge valori record de până la 100 000. De remarcat că μ pentru materiale feromagnetice nu este constant și depinde de intensitatea câmpului magnetic, tipul de material și temperatură.

Valoarea mare a lui µ în feromagneți se explică prin faptul că aceștia au regiuni de magnetizare spontană (domenii), în interiorul cărora momentele magnetice elementare sunt direcționate în același mod. Când se pliază, formează momente magnetice comune ale domeniilor.

În absența unui câmp magnetic, momentele magnetice ale domeniilor sunt orientate haotic, iar momentul magnetic total al corpului sau al substanței este zero. Sub acțiunea unui câmp exterior, momentele magnetice ale domeniilor sunt orientate într-o singură direcție și formează momentul magnetic general al corpului, îndreptat în aceeași direcție cu câmpul magnetic extern.

Această caracteristică importantă este utilizată în practică, folosind miezuri feromagnetice în bobine, ceea ce face posibilă creșterea bruscă a inducției magnetice și a fluxului magnetic la aceleași valori ale curenților și numărul de spire sau, cu alte cuvinte, concentrarea câmp magnetic într-un volum relativ mic.

Permeabilitatea magnetică este diferită pentru diferite medii și depinde de proprietățile sale, prin urmare, se obișnuiește să se vorbească despre permeabilitatea magnetică a unui anumit mediu (având în vedere compoziția, starea, temperatura, etc.).

În cazul unui mediu izotrop omogen, permeabilitatea magnetică μ:

μ = B / (μ o H),

În cristalele anizotrope, permeabilitatea magnetică este un tensor.

În funcție de valoarea permeabilității magnetice, majoritatea substanțelor sunt împărțite în trei clase:

• diamagneti ( μ < 1 ),
• paramagneți ( μ> 1 )
• feromagneți (cu proprietăți magnetice mai pronunțate, cum ar fi fierul).

Permeabilitatea magnetică a supraconductorilor este zero.

Permeabilitatea magnetică absolută a aerului este aproximativ egală cu permeabilitatea magnetică a vidului, iar în calculele tehnice se consideră egală cu 4π 10 -7 H/m

μ = 1 + χ (în unități SI);

μ = 1 + 4πχ (în unități CGS).

Permeabilitatea magnetică a vidului fizic μ = 1, deoarece χ = 0.

Permeabilitatea magnetică arată de câte ori este mai mare permeabilitatea magnetică absolută a unui anumit material decât constanta magnetică, adică de câte ori câmpul magnetic al macrocurenților N amplificată de câmpul de microcurenți ai mediului. Permeabilitatea magnetică a aerului și a majorității substanțelor, cu excepția materialelor feromagnetice, este aproape de unitate.

În tehnologie sunt utilizate mai multe tipuri de permeabilitate magnetică, în funcție de aplicațiile specifice ale materialului magnetic. Permeabilitatea magnetică relativă arată de câte ori într-un mediu dat se modifică forța de interacțiune între firele cu curent în comparație cu vidul. Numeric egal cu raportul dintre permeabilitatea absolută și constanta magnetică. Permeabilitatea magnetică absolută este egală cu produsul dintre permeabilitatea magnetică și constanta magnetică.

La diamagneți, χμχ> 0 și μ> 1. În funcție de faptul că μ de feromagneți se măsoară într-un câmp magnetic static sau alternant, se numește, respectiv, permeabilitate magnetică statică sau dinamică.

Permeabilitatea magnetică a feromagneților depinde într-un mod complex de N ... Din curba de magnetizare a unui feromagnet, este posibil să se construiască dependența permeabilității magnetice de N.

Permeabilitatea magnetică determinată de formula:

μ = B / (μ o H),

numită permeabilitate magnetică statică.

Este proporțională cu tangenta pantei secante, trasată de la origine prin punctul corespunzător de pe curba principală de magnetizare. Valoarea limită a permeabilității magnetice μ n atunci când intensitatea câmpului magnetic tinde spre zero se numește permeabilitate magnetică inițială. Această caracteristică este de o importanță capitală în utilizarea tehnică a multor materiale magnetice. Se determină experimental în câmpuri magnetice slabe cu o intensitate de ordinul a 0,1 A/m.