Mikä on magneettinen permeabiliteetti (mu)

Tiedämme monien vuosien teknisen käytännön perusteella, että kelan induktanssi riippuu suuresti sen ympäristön ominaisuuksista, jossa kela sijaitsee. Jos kuparilangan kelaan, jonka induktanssi tunnetaan L0, lisätään ferromagneettinen ydin, niin muissa aikaisemmissa olosuhteissa itseinduktiovirrat (lisäsulkemis- ja avautumisvirrat) tässä kelassa kasvavat monta kertaa, koe vahvistaa mitä tarkoittaa kasvaa useita kertoja induktanssijoka on nyt yhtä suuri kuin L.

Kokeellinen havainto

Oletetaan, että väliaine, kuvatun käämin sisällä ja ympärillä olevan tilan täyttävä aine, on homogeeninen ja syntyy sen johtimen läpi kulkevasta virrasta, magneettikenttä sijaitsee vain tällä tietyllä alueella menemättä sen rajojen ulkopuolelle.

Jos kelalla on toroidinen muoto, suljetun renkaan muoto, tämä väliaine keskittyy yhdessä kentän kanssa vain kelan tilavuuteen, koska toroidin ulkopuolella ei käytännössä ole magneettikenttää.Tämä asento pätee myös pitkälle kelalle - solenoidille, jossa myös kaikki magneettiset viivat ovat keskittyneet sisälle - akselia pitkin.

Oletetaan esimerkiksi, että jonkin piirin tai ytimettömän kelan induktanssi tyhjiössä on yhtä suuri kuin L0. Sitten samalle kelalle, mutta jo homogeenisessa aineessa, joka täyttää tilan, jossa tietyn kelan magneettikenttäviivat ovat, olkoon induktanssi L. Tässä tapauksessa käy ilmi, että suhde L / L0 ei ole muuta kuin määritellyn aineen suhteellinen magneettinen permeabiliteetti (joskus kutsutaan vain "magneettiseksi permeabiliteetiksi").

Siitä tulee ilmeinen: magneettinen permeabiliteetti on määrä, joka luonnehtii tietyn aineen magneettisia ominaisuuksia. Usein tämä riippuu aineen tilasta (ja ympäristöolosuhteista, kuten lämpötilasta ja paineesta) ja sen luonteesta.

Termin ymmärtäminen

Käsitteen "magneettinen permeabiliteetti" lisääminen magneettikentässä olevaan aineeseen on samanlainen kuin termin "dielektrisyysvakio" käyttöönotto sähkökentässä olevalle aineelle.

Yllä olevalla kaavalla L / L0 määritetty magneettisen permeabiliteetin arvo voidaan ilmaista myös tietyn aineen absoluuttisen magneettisen permeabiliteetin ja absoluuttisen tyhjiön (tyhjiön) suhteena.

Se on helppo nähdä: suhteellinen magneettinen permeabiliteetti (tunnetaan myös nimellä magneettinen permeabiliteetti) on dimensioton suure. Mutta absoluuttisella magneettisella permeabiliteetilla on mitat Hn / m, sama kuin tyhjiön magneettinen permeabiliteetti (absoluuttinen!) (tämä on magneettinen vakio).

Itse asiassa näemme, että ympäristö (magneettinen) vaikuttaa piirin induktanssiin, ja tämä osoittaa selvästi, että ympäristön muutos johtaa muutokseen piiriin tunkeutuvassa magneettivuossa Φ ja siten muutokseen induktiossa B , sovelletaan jokaiseen magneettikentän pisteeseen.

Tämän havainnon fysikaalinen merkitys on, että samalla kelavirralla (samalla magneettisella intensiteetillä H) sen magneettikentän induktio on tietyn määrän kertoja suurempi (joissakin tapauksissa pienempi) aineessa, jonka magneettinen permeabiliteetti on mu kuin täysi tyhjiö.

Se on näin, koska väliaine on magnetoitu, ja sillä itsellään alkaa olla magneettikenttä.. Tällä tavalla magnetoituvia aineita kutsutaan magneeteiksi.

Absoluuttisen magneettisen permeabiliteetin mittayksikkö on 1 H / m (henry per metri tai newton per ampeerineliö), eli se on sellaisen väliaineen magneettinen permeabiliteetti, jossa magneettikentän jännitteellä H 1 A / m , a 1:n magneettinen induktio tapahtuu T.

Fyysinen kuva ilmiöstä

Edellä olevasta on selvää, että eri aineet (magneetit) magnetisoituvat virtasilmukan magneettikentän vaikutuksesta ja tuloksena saadaan magneettikenttä, joka on magneettikenttien summa - magnetoidun väliaineen magneettikenttä plus virtasilmukka, minkä vuoksi se eroaa suuruudeltaan vain virtaa sisältävistä kenttäpiireistä ilman väliainetta. Syy magneettien magnetoitumiseen on pienimpien virtojen olemassaolo jokaisessa niiden atomissa.

Magneettisen permeabiliteetin arvon mukaan aineet luokitellaan diamagneettisiin (vähemmän kuin yksi - magnetoituvat suhteessa käytettävään kenttään), paramagneeteiksi (useampi kuin yksi - magnetoituvat kohdistetun kentän suuntaan) ja ferromagneeteiksi (paljon enemmän kuin yksi — magnetoitu ja magnetoitu käytetyn magneettikentän deaktivoinnin jälkeen).

Ferromagneeteille on ominaista hystereesisiksi käsite "magneettinen permeabiliteetti" puhtaassa muodossaan ei sovellu ferromagneetteihin, mutta tietyllä magnetointialueella, jossain approksimaatiossa, voidaan erottaa magnetointikäyrän lineaarinen osa, jolle on mahdollista laskea magneettinen permeabiliteetti.

Suprajohtimissa magneettinen permeabiliteetti on 0 (koska magneettikenttä on täysin siirtynyt niiden tilavuudesta), ja ilman absoluuttinen magneettinen permeabiliteetti on melkein yhtä suuri kuin mu-tyhjiö (lue magneettivakio). Ilmalle mu on hieman enemmän kuin 1.