Что такое магнитная проницаемость вещества: Магнитная проницаемость — это… Что такое Магнитная проницаемость?

Магнитная проницаемость вещества

Связь между магнитным полем (H) и магнитной индукцией (B) в веществе характеризуется физической величиной, называемой магнитной проницаемостью. Абсолютная магнитная проницаемость среды – это отношение B к H. Согласно Международной системе единиц она измеряется в единицах, называемых 1 генри на метр.

Числовое значение ее выражается отношением ее величины к величине магнитной проницаемости вакуума и обозначается µ. Данная величина именуется относительной магнитной проницаемостью (или просто магнитной проницаемостью) среды. Как величина относительная, она не имеет единицы измерения.

Следовательно, относительная магнитная проницаемость µ – величина, показывающая, в какое число раз индукция поля данной среды меньше (или больше) индукции вакуумного магнитного поля.

При воздействии на вещество внешним магнитным полем оно становится намагниченным. Каким образом это происходит? По гипотезе Ампера, в каждом веществе постоянно циркулируют микроскопические электротоки, вызванные движением электронов по своим орбитам и наличием у них собственного магнитного момента. В обычных условиях это движение неупорядочено, и поля «гасят» (компенсируют) друг друга. При помещении тела во внешнее поле происходит упорядочивание токов, и тело становится намагниченным (т. е. обладающим своим полем).

Магнитная проницаемость всех веществ различна. Исходя из ее величины, вещества подлежат делению на три большие группы.

У диамагнетиков величина магнитной проницаемости µ – чуть меньше единицы. Например, у висмута µ = 0,9998. К диамагнетикам относятся цинк, свинец, кварц, каменная соль, медь, стекло, водород, бензол, вода.

Магнитная проницаемость парамагнетиков чуть-чуть побольше единицы (у алюминия µ = 1,000023). Примеры парамагнетиков – никель, кислород, вольфрам, эбонит, платина, азот, воздух.

Наконец, к третьей группе принадлежит целый ряд веществ (в основном это металлы и сплавы), чья магнитная проницаемость значительно (на несколько порядков) превышает единицу.5. Ферромагнетики обладают свойствами, отличающими их от других веществ. Во-первых, они обладают остаточным магнетизмом. Во-вторых, их магнитная проницаемость находится в зависимости от величины индукции внешнего поля. В-третьих, для каждого из них существует определенный порог температуры, называемый точкой Кюри, при котором он теряет ферромагнитные свойства и становится парамагнетиком. Для никеля точка Кюри – 360°C, для железа – 770°C.

Свойства ферромагнетиков определяет не только магнитная проницаемость, но и величина I, именуемая намагниченностью данного вещества. Это сложная нелинейная функция магнитной индукции, рост намагниченности описывается линией, именуемой кривой намагниченности. При этом, достигнув определенной точки, намагниченность практически перестает расти (наступает магнитное насыщение). Отставание величины намагниченности ферромагнетика от растущей величины индукции внешнего поля называется магнитным гистерезисом. При этом существует зависимость магнитных характеристик ферромагнетика не только от его состояния в настоящий момент, но и от его предшествующей намагниченности. Графическое изображение кривой данной зависимости именуется петлей гистерезиса.

Благодаря своим свойствам, ферромагнетики повсеместно применяются в технике. Их используют в роторах генераторов и электродвигателей, при изготовлении сердечников трансформаторов и электромагнитных реле, в производстве деталей электронно-вычислительных машин. Магнитные свойства ферромагнетиков используются в магнитофонах, телефонах, на магнитных лентах и других носителях.

Магнитные свойства вещества. Магнитная проницаемость среды — Студопедия

Магнитная проницаемость. Физическая величина, показывающая, во сколько раз магнитное поле в веществе от­личается от магнитного поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью.

Все вещества по отношению к магнитному полю делятся на :

Парамагнетики- вещества, которые создают слабое магнитное поле, по направлению совпадающее с внешним по­лем, т.е. они усиливают магнитное поле, но незначительно.

Магнитная проницаемость даже наиболее сильных парамагнетиков мало отличается от единицы: 1,00036 — у платины и 1,0034 — у жидкого кислорода. пример:щелочные и щелочно-земельные металлы, некоторые переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля, редкоземельных металлов, кислород, окись азота. Al, Na, Mg, Ta, W и другие. Магнитная проницаемость даже наиболее сильных парамагнетиков мало отличается от единицы

Диамагнетики- вещества, которые создают поле, ослабляющее внешнее магнитное поле. Диамагнитными свой­ствами обладают, например, серебро, свинец, кварц. Магнитная проницаемость диамагнетиков отличается от еди­ницы не более чем на десятитысячные доли. Самый сильный из диамагнетиков — висмут — обладает магнитной проницаемостью, равной 0,999824. Примерами чисто диамагнитных твердых тел (диамагнетиков) в классе кристал­лических металлов и диэлектриков могут служить, соответственно, Cu и NaCl, а в классе аморфных твердых тел — SiO₂

Вещества, которые значительно усиливают внешнее магнитное поле, называются ферромагнетиками. Кроме же­леза, к ферромагнетикам относятся, например, никель, кобальт и некоторые соединения этих металлов с другими элементами. У ферромагнетиков значения магнитной проницаемости достигают нескольких десятков, сотен и даже тысяч единиц.

Природа ферромагнетизма. Ферромагнетизм объясняется магнитными свойствами электронов. Электрон обла­дает собственным магнитным полем. Внутри кристалла ферромагнетика возникают намагниченные области- до­мены. В отдельных доменах магнитные поля имеют различные направления и обычно взаимно компенсируют друг друга. При внесении ферромагнетика во внешнее магнитное поле происходит упорядочение ориентации магнитных полей отдельных доменов и соответственно значительное усиление внешнего магнитного поля.

С увеличением магнитной индукции внешнего поля возрастает степень упорядоченности ориентации отдельных доме нов — магнитная индукция возрастает. При некотором значении индукции внешнего поля наступает полное упорядочение ориентации доменов возрастание магнитной индукции прекращается. Это явление называется маг­нитным насыщением.

Диамагнетики⚠️: магнитная восприимчивость, свойства, примеры

Что такое диамагнетики 

Наблюдения за микроскопическими плотностями токов в условиях намагниченного вещества показывают их сложность и сильные изменения даже на атомном уровне. Большой интерес для ученых представляют средние магнитные поля, которые образуются большим количеством атомов. Магнетические материалы подразделяются на несколько групп, включая диамагнетики.

Диамагнетизм (от греческого слова dia, означающего расхождение и магнетизм) — это свойство материалов намагничиваться навстречу воздействующему магнитному полю.

Диамагнетики — это  вещества, в которых атомы обладают нулевыми магнитными моментами, когда на них не действует внешнее поле, то есть взаимно скомпенсированными магнитными моментами.

При воздействии на диамагнитный материал внешнего магнитного поля наблюдается изменение в строении, то есть приобретение его атомами наведенных магнитных моментов. Если рассматривать малый объем изотропного диамагнетика, то можно заметить, что его атомы обладают одинаковыми наведенными магнитными моментами, которые направлены в противоположную сторону от внешнего магнитного поля.

Примечание

Первый эксперимент с диамагнетиками такими, как висмут и сурьма, был проведен в 1778 году С.Дж. Бергманом. Он наблюдал, как вещества отталкиваются магнитным полем. Позже в сентябре 1848 года Майкл Фарадей ввел понятие диамагнетизма.

Свойства диамагнетиков

Все материалы обладают магнитными свойствами и называются магнетиками. Степень и характер взаимодействия материалов с внешним магнитным полем дает представление о природе магнетизма.

Диамагнетики имеют несколько свойств:

1. Диамагнетики относятся к слабомагнитным веществам.
2. Магнитная проницаемость таких материалов меньше единицы и определяется, независимо от напряженности внешнего магнитного поля. При условии отсутствия намагничивающего поля диамагнетические материалы обладают нулевым магнитным моментом.
3. Отличаются от ферро и парамагнетиков. Диамагнетики и парамагнетики характеризуются магнитной проницаемостью, близкой к единице, но могут отличаться друг от друга. У парамагнетических материалов магнитная восприимчивость, как и у диамагнетиков, не имеет взаимосвязей с напряженностью внешнего поля, но соответствует положительным значениям. Ферромагнетики характеризует высокая положительная магнитная восприимчивость. В отличие от диамагнетиков и парамагнетиков, ферромагнетические материалы обладают повышенной магнитной восприимчивостью, которая в большей степени определяется напряженностью магнитного поля и температурой.

Разновидности

Диамагнетические вещества обладают особыми магнитными свойствами. В рамках группы данные материалы классифицируют на несколько категорий:

1. Классические диамагнетики, включая благородные газы, некоторые металлы и разнообразные органические соединения, характеризуются магнитной восприимчивостью с нормальным малым абсолютным значением от 10-5 до 10-6 и отсутствием взаимосвязи с температурой.
2. К аномальным диамагнетическим веществам относят графит, висмут, сурьму и другие элементы, аномальная магнитная восприимчивость которых в десятки и даже сотни раз превышает аналогичные показатели классических диамагнетиков, а в некоторых случаях представляет собой периодическую функцию напряженности поля. Также на магнитные свойства этих материалов оказывает сильное влияние температура.
3. Сверхпроводниками называют разнообразные чистые металлы, которые при определенной температуре приобретают сверхпроводящие свойства, то есть полностью утрачивают электрическое сопротивление. Макроскопические поверхностные токи материалов обуславливают их диамагнетические свойства.

Химические элементы диамагнетики

Ярким примером диамагнетических веществ являются разные типы инертных газов. К группе диамагнетиков также относятся:

• азот;
• водород;
• кремний;
• фосфор;
• висмут;
• цинк;
• медь;
• золото;
• серебро.

Многие органические и неорганические соединения характеризуются диамагнетическими свойствами. Человеческое тело под воздействием магнитного поля также становится диамагнетиком.

Применение

Если рассматривать применение парамагнетиков в повседневной жизни, то ярким примером является парамагнитическая краска для покраски автомобилей. Перед покраской автомобиль покрывают окисью железа, что и является парамагнетиком. Далее наносят специальную краску. Под воздействием электричества частицы меняют свой цвет.

13.4. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость

Установим
связь между основной ()
и вспомогательной () характеристиками магнитного поля.

Как показывает
опыт, в неслишком сильных магнитных
полях для однородного изотропного
магнетика вектор намагниченности
пропорционален напряженности поля,
т.е.

(13.11)

где
(«хи») –магнитная
восприимчивость
магнетика (безразмерная величина,
характеризующая способность вещества
к намагничиванию). Для однородных
изотропных магнетоков
не зависит от.

Подставив (13.11) в
(13.8), получим

откуда

(13.12)

Безразмерная
величина, стоящая в (13.12) в скобках, то
есть

(13.13)

называется
магнитной
проницаемостью
вещества.

Таким образом,
напряженность и индукция магнитного
поля связаны соотношениями:

или

.
(13.14)

Для
вакуума
=1,
поэтому снова приходим к соотношению
(13.9).

Выясним
физический смысл магнитной проницаемости
вещества. Для этого умножим равенство
(13.10) на
:

Преобразовав
это соотношение с учетом (13.14) и (13.9),
получим

(13.15)

Следовательно,
магнитная
проницаемость
показывает, во сколько раз внешнее
магнитное полеизменяется за счет магнетика.

13.5. Теорема о циркуляции вектора

Для
того чтобы охарактеризовать (описать)
магнитное поле в веществе, нужно знать
поток
этого поля через произвольную замкнутую
поверхность S,
и циркуляцию
поля по
произвольному замкнутому контуру L.

Воспользовавшись
формулой (13.6), получим для потока вектора
выражение

(13.16)

Ранее
было отмечено, что силовые линии вектора
магнитной индукции поля макротоков
(поля
)
всегда замкнуты (п. 12.2), поэтому.
Это справедливо и для силовых линий
вектора индукции поля микротоков (поля),
поэтому оба интеграла в правой части
формулы (13.16) равны нулю. Таким образом,
магнитное полев веществе удовлетворяет условию
соленоидальности, а именно:

(13.17)

Теперь обратимся
к циркуляции. С учетом формулы (13.6), можно
записать:

(13.18)

Поскольку
для циркуляции поля в вакууме (см. п.
12.6) справедлива формула

(13.19)

то, подставив
(13.19) в (13.18) и объединив интегралы, получим

(13.20)

Векторная
величина, стоящая во внутренних скобках
под знаком интеграла в (13.20), есть не что
иное как напряженность магнитного поля
,
введенная формулой (13.8).

Таким образом,
соотношение (13.20) примет вид

(13.21)

или с учетом (12.31)

(13.22)

Формулы
(13.21) и (13.22) выражают теорему о циркуляции
вектора
в интегральной форме:циркуляция
вектора напряженность магнитного поля
по любому замкнутому контуру в произвольной
среде равна алгебраической сумме
макротоков, пронизывающих площадь
контура.

Выражение (13.22)
можно преобразовать (аналогично тому,
как это сделано в п. 12.6) к дифференциальной
форме:

Теорема
о циркуляции вектора
широко используется для расчета магнитных
полей в неоднородных средах. Пример
такого расчета будет приведен в следующем
параграфе.

Магнитная проницаемость — Знаешь как

Магнитная индукция поля зависит от тока, размеров и формы проводника с током и от свойств среды, в которой создается магнитное поле. Сравнивая магнитную индукцию в вакууме и в различных средах, при всех прочих равных условиях установлено, что в одних средах магнитное поле получается более сильным, а в других — более слабым, чем в вакууме. Это объясняется различными магнитными свойствами сред. Величиной, характеризующей магнитные свойства среды, как указывалось выше, является абсолютная магнитная проницаемость.

Из уравнения:

μ_a= B (2πa : I)

Так как магнитная индукция измеряется в теслах = в • сек/м², расстояние — в метрах; а ток — в амперах, то

μ_a = (в • сек • м) : (м² • а) = (ом • сек) : м = гн : м

Так как ом•сек называется генри (гн), то единицей магнитной проницаемости будет генри на метр.

Из опытов известно, что абсолютная магнитная проницаемость воздуха и всех веществ, за исключением ферромагнитных материалов, имеет значение, близкое к абсолютной магнитной проницаемости вакуума, которая называется магнитной постоянной:

μ₀ = 4π • 10^-7 гн/м. 

Абсолютная магнитная проницаемость материалов выражается произведением магнитной постоянной μ₀ и магнитной проницаемости μ, показывающей, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость данного материала больше магнитной постоянной. Таким образом,

μ_a = μμ₀

Приняв во внимание, что для воздуха μ = 1 и, следовательно, μ_a = μ₀ = 4π • 10^-7 гн/м, запишем формулу в новом, более удобном для расчета виде:

В = 4π • 10^-7 (I : (2πa)) = (2I : a) • 10^-7

где В — в теслах, I — в амперах, а — в метрах.

Статья на тему Магнитная проницаемость

Магнитные свойства вещества

Магнетики — вещества, обладающие магнитными свойствами. Магнетиками являются все вещества, поскольку согласно гипотезе Ампера, магнитные свойства создаются элементарными токами (движением электрона в атоме).

Электрон, вращающийся по замкнутой орбите, представляет собой ток, направление которого противоположно движению электрона. Тогда это движение создает магнитное поле, магнитный момент которого p_m = IS направлен по правилу правой руки перпендикулярно плоскости орбиты.

Кроме того, независимо от орбитального движения, электроны обладают собственным магнитным моментом (спином). Таким образом, магнетизм атомов обусловлен двумя причинами: движением электронов по орбитам и собственным магнитным моментом. 

При внесении магнетика во внешнее магнитное поле с индукцией В₀ он намагничивается, то есть создает собственное магнитное поле с индукцией В’, которое складывется с внешним:

В =  В₀ + В’

Индукция собственного магнитного поля зависит как от внешнего поля, так и от магнитной восприимчивости χ вещества:

 В’ = χ В₀

Тогда В = В₀ + χ В₀ = В₀ (1 + χ)

Но магнитная индукция внутри магнетика зависит от магнитной проницаемости вещевтва:

В = μ В₀ 

Отсюда μ = 1 + χ.

В отличие от диэлектрической проницаемости вещества, которая всегда больше единицы, магнитная проницаемость может быть как больше, так и меньше единицы. Различают диамагнетики (μ < 1), парамагнетики (μ > 1) и ферромагнетики (μ >> 1).

Диамагнетики

Диамагнетиками называются вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению вектора магнитной индукции поля.

К диамагнетикам относятся вещества, магнитные моменты атомов, молекул или ионов которых в отсутствие внешнего магнитного поля равны нулю. Диамагнетиками являются инертные газы, молекулярный водород и азот, цинк, медь, золото, висмут, парафин и многие другие органические и неорганические соединения.

В случае отсутствия магнитного поля диамагнетик немагнитен, поскольку в данном случае магнитные моменты электронов взаимно компенсируются, и суммарный магнитный момент атома равен нулю.

Т.к. диамагнитный эффект обусловлен действием внешнего магнитного поля на электроны атомов вещества, то диамагнетизм свойственен всем веществам.

Следует отметить, что магнитная проницаемость у диамагнетиков µ < 1. Вот, например, у золота µ = 0,999961, у меди µ = 0,9999897 и т.д.

В магнитном поле диамагнетики располагаются перпендикулярно силовым линиям внешнего магнитного поля.

Парамагнетики

Парамагнетики – вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению поля.

У парамагнитных веществ при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты электронов не компенсируют друг друга, и атомы (молекулы) парамагнетиков всегда обладают магнитным моментом. Однако вследствие теплового движения молекул их магнитные моменты ориентированы беспорядочно, поэтому парамагнитные вещества магнитными свойствами не обладают. При внесении парамагнетиков во внешнее магнитное поле устанавливается преимущественная ориентация магнитных моментов атомов по полю (полной ориентации препятствует тепловое движение атомов).

Таким образом, парамагнетик намагничивается, создавая собственное магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем и усиливающее его.

При ослаблении внешнего магнитного поля до нуля ориентация магнитных моментов вследствие теплового движения нарушается и парамагнетик размагничивается.

Вот некоторые парамагнитные вещества: алюминий µ = 1,000023; воздух µ = 1,00000038.

Во внешнем магнитном поле парамагнетики располагаются вдоль силовых линий.

Ферромагнетики

Ферромагнетиками называются твердые вещества, обладающие при не слишком высоких температурах самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля, деформации, изменения температуры.

Ферромагнетики в отличие от слабомагнитных диа- и парамагнетиков являются сильномагнитными средами:

внутреннее магнитное поле в них может в сотни и тысячи раз превосходить внешнее поле.

Ферромагнитные материалы в большой или меньшей степени обладают магнитной анизотропией, т.е. свойством намагничиваться с различной степенью трудности в различных направлениях.

Магнитные свойства ферромагнитных материалов сохраняются до тех пор, пока их температура не достигнет значения, называемого точкой Кюри. При температурах выше точки Кюри ферромагнетик ведет себя во внешнем магнитном поле как парамагнитное вещество. Он не только теряет свои ферромагнитные свойства, но у него изменяется теплоемкость, электропроводимость и некоторые другие физические характеристики.

Точка Кюри для различных материалов различна:

Природа ферромагнетизма:

Согласно представлениям Вейсса (1865-1940), его описательной теории ферромагнетизма, ферромагнетики при температурах ниже точки Кюри обладают спонтанной намагниченностью независимо от наличия внешнего намагничивающего поля. Однако это вносило некое противоречие, т.к. многие ферромагнитные материалы при температурах ниже точки Кюри не намагничены.

Для устранения этого противоречия Вейсс ввел гипотезу, согласно которой ферромагнетик ниже точки Кюри разбивается на большое число малых микроскопических (порядка 10^-3– 10^-2 см) областей – доменов, самопроизвольно намагниченных до насыщения.

При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных атомов ориентированы хаотически и компенсируют друг друга, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен нулю, т.е. ферромагнетик не намагничен.

Внешнее магнитное поле ориентирует по полю магнитные моменты не отдельных атомов, как в парамагнетике, а целых областей спонтанной намагниченности. Поэтому с ростом H намагниченность J  и магнитная индукция B уже в слабых полях растет довольно быстро.

Различные ферромагнитные материалы обладают неодинаковой способностью проводить магнитный поток. Основной характеристикой ферромагнитного материала является петля магнитного гистерезиса В(Н). Эта зависимость определяет значение магнитной индукции, которая будет возбуждена в магнитопроводе из данного материала при воздействии некоторой напряженности поля.

Рассмотрим процесс перемагничивания ферромагнетика. Пусть первоначально он был полностью размагничен. Сначала индукция быстро возрастает за счет того, что магнитные диполи ориентируются по силовым линиям поля, добавляя свой магнитный поток к внешнему. Затем ее рост замедляется по мере того, как количество неориентированных диполей уменьшается и, наконец, когда практически все они ориентируются по внешнему полю рост индукции прекращается и наступает режим насыщения.

Гистерезисом называют отставание изменения индукции от напряженности магнитного поля.

Симметричная петля гистерезиса, полученная при максимальной напряженности поля H_m, соответствующей насыщению ферромагнетика, называется предельным циклом.

Для предельного цикла устанавливают также значения индукции B_r при H = 0, которое называется остаточной индукцией, и значение H_c при B = 0, называемое коэрцитивной силой. Коэрцитивная (удерживающая) сила показывает, какую напряженность внешнего поля следует приложить к веществу, чтобы уменьшить остаточную индукцию до нуля.

Форма и характерные точки предельного цикла определяют свойства ферромагнетика. Вещества с большой остаточной индукцией, коэрцитивной силой и площадью петли гистерезиса называются магнитнотвердыми.

Они используются для изготовления постоянных магнитов. Вещества с малой остаточной индукцией и площадью петли гистерезиса (кривая 2 рис.8а) называются магнитномягкими и используются для изготовления магнитопроводов электротехнических устройств, в особенности работающих при периодически изменяющемся магнитном потоке.

Площадь петли гистерезиса характеризует работу, которую необходимо совершить для перемагничивания ферромагнетика. Если по условиям работы ферромагнетик должен перемагничиваться, то его следует делать из магнито-мягкого материала, площадь петли гистерезиса которого мала. Из мягких ферромагнетиков делают сердечники трансформаторов. 

Из жестких ферромагнетиков (сталь и ее сплавы) делают постоянные магниты.

Что такое магнитная проницаемость? (с иллюстрациями)

Некоторые материалы намагничиваются при помещении в магнитное поле; способность материала намагничиваться называется магнитной проницаемостью. Примером этого является трение куска железа магнитом: железо станет намагниченным и будет иметь собственное магнитное поле, что означает, что оно обладает некоторой степенью магнитной проницаемости.

Подковообразный магнит с обозначенными северным и южным полюсами.

Многие вещества, даже вода, обладают определенной магнитной проницаемостью. Когда материал помещается в магнитное поле, он так или иначе взаимодействует с полем. Проницаемость вещества описывает реакцию материала и воздействие поля на материал. Вещество с магнитной проницаемостью будет либо намагничиваться в направлении поля, либо против него. Таким образом, в зависимости от проницаемости, вещество будет либо притягиваться, либо отталкиваться полем.

Электромагниты с сердечником из ферромагнитного материала очень прочные, так как обладают высокой магнитной проницаемостью.

Измерение проницаемости

Ученые обозначают магнитную проницаемость греческой буквой мю (μ).Международная система единиц (СИ) измеряет проницаемость в ганрах на метр (Гн / м) или в ньютонах на квадратный ампер (N / A ² ). Воздух в вакууме, также называемый свободным пространством, имеет постоянное значение, которое называется магнитной постоянной. Это значение представлено символом μ ₀ и оценивается как 4π × 10 ^-7 Гн / м, что составляет примерно 1,2566 × 10 ^-6 Гн / м. Числовое значение такое же при измерении в N / A ² .

Магнитная проницаемость, с другой стороны, не является постоянной величиной; скорее, он изменяется в зависимости от положения материала по отношению к магнитному полю, частоте поля, влажности, температуре и другим факторам.Знание проницаемости материала также может быть полезно для различных отраслей промышленности, например, материалы с высокой проницаемостью используются во множестве приложений, включая электромагниты, трансформаторы и индукторы.

Проницаемость веществ

Вещества также могут быть охарактеризованы в зависимости от их магнитной проницаемости, а уровень проницаемости вещества указывается как чистое число.Если вещество классифицируется как парамагнитное, его проницаемость измеряется как немного больше единицы, и такие вещества слабо притягиваются к магнитам. Если вещество классифицировано как диамагнитное, проницаемость измеряется как меньше единицы, и такое вещество будет отталкиваться магнитом.

Проницаемость ферромагнитных металлов

Материал также можно классифицировать как ферромагнитный; Ферромагнитные металлы обладают наибольшей проницаемостью из всех веществ и намагничиваются при воздействии магнитного поля.Когда магнитное поле, в котором подвергается ферромагнитное вещество, увеличивается, магнитная проницаемость будет увеличиваться, пока не достигнет своего максимального значения, после чего она будет уменьшаться. Некоторые ферромагнитные материалы станут твердыми или мягкими магнитами; в материалах, которые становятся мягкими магнитами, таких как материалы, используемые в электромагнитах, материал теряет свой магнетизм при удалении магнитного поля. Однако твердые магниты трудно намагнитить, но они останутся намагниченными даже после снятия магнитного поля.

магнитная проницаемость | Определение и факты

Магнитная проницаемость , относительное увеличение или уменьшение результирующего магнитного поля внутри материала по сравнению с намагничивающим полем, в котором находится данный материал; или свойство материала, которое равно плотности магнитного потока B , установленной внутри материала посредством намагничивающего поля, деленного на напряженность магнитного поля H намагничивающего поля.Магнитная проницаемость μ (греч. Mu), таким образом, определяется как μ = B / H. Плотность магнитного потока B — это мера фактического магнитного поля в материале, рассматриваемого как концентрация силовых линий магнитного поля. , или поток, на единицу площади поперечного сечения. Напряженность магнитного поля H является мерой намагничивающего поля, создаваемого электрическим током, протекающим в катушке с проволокой.

В пустом или свободном пространстве плотность магнитного потока такая же, как и намагничивающее поле, потому что нет никакой материи для изменения поля.В единицах сантиметр – грамм – секунда (cgs) проницаемость пространства B / H безразмерна и имеет значение 1. В единицах метра – килограмма – секунды (мкс) и единицах СИ: B и H имеют разные размеры, и проницаемость свободного пространства (обозначенная μ ₀ ) была определена как равная 4 π × 10 ^{— 7} Вебер на ампер-метр, так что единица измерения электрического тока mks может быть такой же, как практическая единица, ампер.С переопределением ампера в 2019 году μ ₀ больше не равно 4 π × 10 ^{— 7} weber на амперметр и должно определяться экспериментально. (Тем не менее, [ μ ₀ /4 π × 10 ^{— 7} ] составляет 1.00000000055, все еще очень близко к своему прежнему значению.) В этих системах проницаемость, B / H , называется абсолютной проницаемостью мкм среды. Относительная проницаемость μ _r затем определяется как отношение μ / μ ₀ , которое является безразмерным.Таким образом, относительная проницаемость свободного пространства или вакуума равна 1.

Материалы могут быть классифицированы по магнитному полю на основе их проницаемости. Диамагнитный материал имеет постоянную относительную проницаемость, немного меньшую 1. Когда диамагнитный материал, такой как висмут, помещается в магнитное поле, внешнее поле частично удаляется, и плотность магнитного потока внутри него немного уменьшается. Парамагнитный материал имеет постоянную относительную проницаемость немного больше 1. Когда парамагнитный материал, такой как платина, помещается в магнитное поле, он становится слегка намагниченным в направлении внешнего поля.Ферромагнитный материал, такой как железо, не имеет постоянной относительной проницаемости. По мере увеличения намагничивающего поля относительная проницаемость увеличивается, достигает максимума, а затем уменьшается. Очищенное железо и многие магнитные сплавы имеют максимальную относительную проницаемость 100000 или более.

магнетизм | Определение, примеры, физика и факты

Магнетизм , явление, связанное с магнитными полями, возникающими в результате движения электрических зарядов. Это движение может принимать разные формы.Это может быть электрический ток в проводнике или заряженные частицы, движущиеся в пространстве, или это может быть движение электрона по атомной орбитали. Магнетизм также связан с элементарными частицами, такими как электрон, которые обладают свойством, называемым спином.

Основы

В основе магнетизма лежат магнитные поля и их воздействие на материю, как, например, отклонение движущихся зарядов и крутящих моментов на другие магнитные объекты. Свидетельством наличия магнитного поля является магнитная сила, действующая на заряды, движущиеся в этом поле; сила направлена ​​под прямым углом как к полю, так и к скорости заряда.Эта сила отклоняет частицы, не меняя их скорости. Отклонение можно наблюдать в крутящем моменте стрелки компаса, который выравнивает стрелку с магнитным полем Земли. Игла представляет собой тонкий кусок железа, намагниченный, то есть небольшой стержневой магнит. Один конец магнита называется северным полюсом, а другой — южным. Сила между северным и южным полюсами притягательна, тогда как сила между такими же полюсами отталкивающая. Магнитное поле иногда называют магнитной индукцией или плотностью магнитного потока; он всегда обозначается как B .Магнитные поля измеряются в единицах тесла (Тл). (Другой единицей измерения, обычно используемой для B , является гаусс, хотя он больше не считается стандартной единицей измерения. Один гаусс равен 10 ⁻⁴ тесла.)

Основным свойством магнитного поля является то, что его поток через любую замкнутую поверхность равен нулю. (Замкнутая поверхность — это поверхность, которая полностью окружает объем.) Математически это выражается как div B = 0 и может быть понято физически в терминах линий поля, представляющих B .Эти линии всегда замыкаются сами по себе, поэтому, если они входят в определенный объем в какой-то момент, они также должны покинуть этот объем. В этом отношении магнитное поле сильно отличается от электрического поля. Силовые линии электрического поля могут начинаться и заканчиваться на заряде, но, несмотря на многочисленные поиски так называемых магнитных монополей, не было найдено эквивалентного магнитного заряда.

Наиболее распространенным источником магнитных полей является электрическая петля. Это может быть электрический ток в круглом проводнике или движение вращающегося электрона в атоме.С обоими этими типами токовых петель связан магнитный дипольный момент, значение которого составляет i A , произведение тока i и площади контура A . Кроме того, электроны, протоны и нейтроны в атомах имеют магнитный дипольный момент, связанный с их собственным спином; такие магнитные дипольные моменты представляют собой еще один важный источник магнитных полей. Частицу с магнитным дипольным моментом часто называют магнитным диполем.(Магнитный диполь можно представить как крошечный стержневой магнит. Он имеет такое же магнитное поле, что и такой магнит, и ведет себя таким же образом во внешних магнитных полях.) При помещении во внешнее магнитное поле магнитный диполь может подвергаться воздействию крутящий момент, который стремится выровнять его с полем; если внешнее поле неоднородно, на диполь также может действовать сила.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Все вещества в той или иной степени проявляют магнитные свойства.При помещении в неоднородное поле материя либо притягивается, либо отталкивается в направлении градиента поля. Это свойство описывается магнитной восприимчивостью вещества и зависит от степени намагниченности вещества в поле. Намагниченность зависит от размера дипольных моментов атомов в веществе и степени выравнивания дипольных моментов относительно друг друга. Некоторые материалы, такие как железо, демонстрируют очень сильные магнитные свойства из-за выравнивания магнитных моментов их атомов в определенных небольших областях, называемых доменами.В нормальных условиях различные домены имеют компенсирующие поля, но их можно выровнять друг с другом для создания чрезвычайно сильных магнитных полей. Различные сплавы, такие как NdFeB (сплав неодима, железа и бора), поддерживают выравнивание своих доменов и используются для изготовления постоянных магнитов. Сильное магнитное поле, создаваемое типичным магнитом из этого материала толщиной три миллиметра, сравнимо с электромагнитом, сделанным из медной петли, по которой проходит ток в несколько тысяч ампер. Для сравнения, ток в обычной лампочке равен 0.5 ампер. Поскольку выравнивание доменов материала создает магнит, нарушение упорядоченного выравнивания разрушает магнитные свойства материала. Тепловое перемешивание, возникающее в результате нагрева магнита до высокой температуры, разрушает его магнитные свойства.

Магнитные поля сильно различаются по силе. Некоторые типичные значения приведены в таблице.

Эффективная магнитная проницаемость [Энциклопедия магнетизма и электромагнетизма]

Определение

Эффективная магнитная проницаемость (также кажущаяся магнитная проницаемость ^{), часто обозначаемая как μ _e , μ _eff или μ _a — термин, используемый в анализе магнитных характеристик сердечников с зазором.Для неоднородного ядра (например, с зазором или состоящего из порошкообразных частиц) это будет значение магнитной проницаемости гипотетического гомогенного материала, который будет демонстрировать такую ​​же проницаемость.}

^{, С. Зурек, Encyclopedia Magnetica, CC-BY-3.0}

Воздушный зазор снижает эффективную проницаемость

^{С. Зурек, Encyclopedia Magnetica, CC-BY-3.0}

Изменения эффективной проницаемости и линеаризации контура B-H, вызванные увеличением воздушного зазора

^{, С. Зурек, Encyclopedia Magnetica, CC-BY-3.0}

Влияние воздушного зазора

Магнитная проницаемость магнитного материала связана с наклоном кривой B-H или (или петли B-H). По мере увеличения воздушного зазора наклон уменьшается, и уменьшаются изменения, вызванные нелинейностью материала (из-за изменений плотности потока, температуры, смещения, времени и т. Д.).

При наличии зазора требуется более высокая магнитодвижущая сила (возбуждение) для достижения той же плотности потока.Подобное поведение могло бы быть получено, если бы магнитная цепь была сделана не из сердечника с зазором, а из сердечника без зазора, сделанного из материала с пропорционально меньшей проницаемостью. Следовательно, значение проницаемости, необходимое для получения эквивалентных характеристик B-H , является значением эффективной проницаемости.

Уравнения и расчеты

Можно аналитически рассчитать значение относительной эффективной проницаемости для простых магнитных цепей с однородным зазором.

Есть несколько предположений:

Уравнение получено с использованием концепции магнитного сопротивления ^{и допущений, перечисленных выше. Все значения проницаемости (входной и выходной) даны как относительная проницаемость (поэтому значение «1» означает проницаемость самого воздушного зазора). Длину жилы и зазора следует указывать в одних и тех же единицах измерения. Например, если длина сердечника указана в миллиметрах, то длина воздушного зазора также должна быть указана в миллиметрах.Но это уравнение справедливо для любых других единиц длины: дюймов / дюймов, метров / метров и т. Д.}

Уравнения также могут быть получены для многолучевых или неоднородных магнитных цепей, но они, очевидно, зависят от конфигурации и должны рассчитываться для каждой конкретной конструкции. ^{Например, в сердечнике с тремя ветвями (как показано на изображении) считается, что длина пути составляет только около одного окна (например, только оранжевый путь).}

Калькулятор эффективной магнитной проницаемости от воздушного зазора

Для магнитной цепи с однородным поперечным сечением значение эффективной магнитной проницаемости μ _eff можно рассчитать, если известны длины и магнитные проницаемости обеих частей цепи.

Примечание. Уравнение действительно только для простой магнитной цепи, сделанной из объемного материала, для относительной проницаемости, если l _{сердечник} >> l _зазор , и если µ _{сердечник} >> 1.

Материалы композиционные

Соотношение воздушного зазора и частиц в порошковой сердцевине определяет значение эффективной проницаемости.Черные линии показывают распределение магнитного потока.

^{С. Зурек, Encyclopedia Magnetica, CC-BY-3.0}

Значение эффективной проницаемости важно для композиционных материалов, которые могут содержать значительный объемный процент немагнитного материала. Мелкие частицы (как в порошковых сердцевинах) обладают довольно высокой проницаемостью, но основная часть сердцевины, сделанной из такого материала, демонстрирует эффективную проницаемость, значение которой определяется для конкретных применений.

Например, Ферротрон 119, используемый для концентраторов потока при индукционном нагреве, имеет максимальную относительную проницаемость 8,0 (несмотря на то, что он сделан из ферромагнитных частиц), потому что он предназначен для работы на высокой частоте (до 5 МГц) и сильном возбуждении (20 кА / м) без насыщения.

Однако, поскольку такой магнитопровод не имеет концентрированного воздушного зазора, приведенное выше простое уравнение использовать нельзя. В зависимости от сложности данного материала расчеты могут оказаться очень сложными для решения или даже формулирования.

Следовательно, конечные пользователи композитных сердечников могут полагаться на значения эффективной проницаемости, данные производителями материалов или магнитных сердечников. Если изделие представляет собой магнитопровод, то значение AL (индуктивность на виток) часто бывает более полезным, чем значение эффективной проницаемости как таковое.

Тем не менее, чтобы легче было различить тип материала, из которого изготовлено данное ядро, название материала часто относится к значению эффективной проницаемости, например, Ferroxcube использует обозначение Sendust 75, где 75 — значение эффективной относительной проницаемости при при комнатной температуре, так что ^{μ _e = 75.0}

См. Также

Список литературы

Effective_mintage_permeability.txt · Последнее изменение: 27.07.2020 23:11 пользователем stan_zurek

% PDF-1.4
%
1214 0 объект
>
endobj

xref
1214 85
0000000016 00000 н.
0000006662 00000 н.
0000006787 00000 н.
0000007691 00000 п.
0000007840 00000 н.
0000007939 00000 п.
0000008286 00000 п.
0000008641 00000 п.
0000009370 00000 п.
0000009513 00000 н.
0000010110 00000 п.
0000010615 00000 п.
0000010700 00000 п.
0000011354 00000 п.
0000011440 00000 п.
0000012018 00000 п.
0000012515 00000 п.
0000012977 00000 п.
0000013328 00000 п.
0000013418 00000 п.
0000013533 00000 п.
0000013646 00000 п.
0000014194 00000 п.
0000014403 00000 п.
0000015031 00000 п.
0000015619 00000 п.
0000016039 00000 п.
0000016114 00000 п.
0000018052 00000 п.
0000018373 00000 п.
0000018545 00000 п.
0000018829 00000 п.
0000019087 00000 п.
0000019253 00000 п.
0000019421 00000 п.
0000019778 00000 п.
0000020359 00000 п.
0000021917 00000 п.
0000023382 00000 п.
0000023497 00000 п.
0000024771 00000 п.
0000026689 00000 п.
0000026946 00000 п.
0000027323 00000 н.
0000029515 00000 п.
0000031538 00000 п.
0000033191 00000 п.
0000033317 00000 п.
0000036882 00000 п.
0000036939 00000 п.
0000037044 00000 п.
0000037128 00000 п.
0000037829 00000 п.
0000045117 00000 п.
0000050372 00000 п.
0000050616 00000 п.
0000051008 00000 п.
0000055176 00000 п.
0000060454 00000 п.
0000086638 00000 п.
0000086763 00000 п.
0000086799 00000 н.
0000086878 00000 п.
0000120493 00000 н.
0000120822 00000 н.
0000120891 00000 н.
0000121009 00000 н.
0000154941 00000 н.
0000221361 00000 н.
0000284422 00000 н.
0000320687 00000 н.
0000376822 00000 н.
0000376901 00000 н.
0000377541 00000 н.
0000377838 00000 п.
0000378149 00000 н.
0000378342 00000 н.
0000378688 00000 н.
0000378767 00000 н.
0000379027 00000 н.
0000400769 00000 п.

Энергетический принцип использовался в предыдущих разделах для вывода
макроскопические силы на поляризуемые и намагничиваемые материалы.В
тот же принцип может быть применен для получения распределения силы,
плотности силы. Для этого нужно нечто большее, чем просто
электромагнитное описание системы.
Чтобы разработать простую модель плотности силы
распределения, нам понадобится выражение для силы, действующей на электрическую
диполь для поляризуемых сред и на магнитном диполе для
намагничивающиеся среды. Сила, действующая на электрический диполь, будет получена
просто из закона силы Лоренца. Мы не заявили
соответствующий закон силы для магнитных зарядов.Хотя это
не встречается в природе как изолированные заряды, а только как диполи, это
тем не менее удобно изложить такой закон. Это будет сделано
показывая, как закон электрической силы следует из принципа энергии.
По аналогии будет получен соответствующий закон о магнитных зарядах.
из которого будет следовать сила на магнитном диполе.

Рисунок 11.8.1 Электрический диполь
испытывает чистую электрическую силу, если положительный заряд q
в электрическом поле E (r + d) который отличается
из E (r) действующий на отрицательный заряд q .

Сила на электрическом диполе

Сила на неподвижном
электрический заряд задается законом Лоренца с v = 0 .

Диполь — это предел двух зарядов равной величины и противоположных
знак разнесен на расстояние d друг от друга, в пределе

причем p является конечным. Заряды q противоположной полярности,
разделенные векторным расстоянием d , показаны на рис.11.8.1.
Полная сила на диполе — это сумма сил на
индивидуальные сборы.

Если электрическое поле в месте расположения r + d положительного
заряд отличается от такового в месте расположения отрицательного заряда r ,
отдельные взносы аннулируются.

Чтобы получить выражение для силы на диполе в
предел, при котором расстояние d зарядов мало по сравнению с
расстояния, на которых поле заметно меняется, (2) записывается в виде
Декартовы координаты и поле при положительном заряде расширено
о положении отрицательного заряда.Таким образом, компонент x равен

Первый и последний условия отменяются. В более компактных обозначениях это
выражение поэтому

где мы определили дипольный момент p q d . В
остальные компоненты силы следуют аналогичным образом: y и z
играет роль х . Затем эти три компонента резюмируются в
векторное выражение

Вывод дает объяснение того, как p E оценивается в декартовых координатах. i -й компонент
(5) получается путем расстановки точек p с градиентом i -го
компонент E .

Иллюстрация. Сила на диполе

Предположим, что диполь находится в поле

знакомый из примера 4.1.1. Из (5) следует, что
сила

Согласно этому выражению, диполь с направлением y на оси x в
Рис.11.8.2 испытывает силу в направлении x . y -направленный
сила равна нулю, потому что E _y одинаковы в соответствующих местах
обвинений. Направленная сила x существует, потому что E _x идет от
положительное значение чуть выше оси x и отрицательное чуть ниже. Таким образом,
x -направленные вклады в силу каждого из зарядов находятся в
в том же направлении.

Рисунок 11.8.2 Диполь, имеющий y
направление и расположено на оси x в области (6) опытов
усилие в направлении x .

Сила электрического заряда, полученная из принципа энергии

Сила, действующая на электрический заряд, определяется законом Лоренца. Этот
закон также является составной частью теоремы Пойнтинга, а
идентификация энергии и потока мощности. Действительно, E J _u было признано из закона Лоренца как плотность мощности
сообщается плотность тока неспаренного заряда.Энергия
принцип может быть использован для вывода закона силы для микроскопического заряда
«задом наперед». Кажется, это трудный способ получить
Закон силы Лоренца для неподвижного заряда. Все же мы идем
через вывод по трем причинам.

показано, что согласуется с силой Лоренца на неподвижном
плата.

Рассмотрим поле EQS, образованное распределениями заряда и
постоянная поляризация P _p в свободном пространстве, как показано на рис.
11.8.3a. Тогда по аналогии мы найдем силу, действующую на магнитное поле.
заряд в поле постоянного магнита, рис. 11.8.3б. В
Теорема Пойнтинга определяет скорость передачи энергии
поляризация на единицу объема как

Рисунок 11.8.3 (a) Электрический заряд, внесенный в
поле, созданное постоянной поляризацией. (б) Аналогичное магнитное
заряд внесен в поле постоянного магнита.

Поскольку P _p — постоянная поляризация, P _p / t =
0 , а постоянная поляризация не способствует изменению
по энергии, связанной с введением точечного заряда. Следовательно, поскольку
заряд переносится в область постоянной поляризации,
изменение плотности энергии

где обозначает изменение дифференциала _o E .В
изменение энергии

где V включает все пространство. Электроквазистатическое поле E равно
отрицательный градиент потенциала

Вводя это в (10), имеем

где мы «интегрировали по частям», используя
личность. ⁷