{–7}$ Гн/м – магнитная постоянная, $\boldsymbol H$ – вектор напряжённости магнитного поля. М. п. связана с магнитной восприимчивостью $χ$ выражением $μ = 1+χ$ (в СИ) и $μ = 1+4πχ$ (в системе единиц СГС). Для анизотропных тел магнитная восприимчивость и М. п. являются тензорами, определяемыми в общем случае тремя скалярными величинами. Для диамагнетиков и парамагнетиков М. п. близка к 1, при этом для диамагнетиков М. п. меньше 1, для парамагнетиков – больше 1. Для ферромагнетиков М. п. значительно превышает 1. В электродинамике М. п. аналогична диэлектрической проницаемости $ε$ и симметрично с ней входит в материальные уравнения, дополняющие систему Максвелла уравнений, определяя, в частности, показатель преломления среды $n=\sqrt{εμ}$.
FOERSTER | Измерения: Магнитная проницаемость
Коэрцитивная сила поля HCJ — это величина напряженности приложенного магнитного поля, которая необходима для полного уменьшения намагниченности ферромагнитного материала, так, что магнитная поляризация J равна нулю. KOERZIMAT позволяет выполнять измерения коэрцитивной силы поля HCJ материалов или изделий практически независимо от их формы или размеров в разомкнутой магнитной цепи в соответствии с требованиями
IEC 60404-7. Отсутствует необходимость изготовления образцов специальной формы или размеров.
Магнитный дипольный момент является мерой силы магнитного диполя. KOERZIMAT позволяет определять магнитный дипольный момент насыщения jS практически независимо от размеров образца в соответствии с требованиями стандарта IEC 60404-14. Отсутствует необходимость изготовления образцов специальной формы или размеров.
Магнитная проницаемость µ — это степень намагниченности материала в зависимости от напряженности приложенного магнитного поля. Определяется как отношение плотности магнитного потока B к напряженности магнитного поля H.
Физическая константа µ0 является магнитной проницаемостью вакуума. Относительная магнитная проницаемость µr определяется как отношение µ к µ0. MAGNETOSCOP и MAGNETOMAT с зондом магнитной проницаемости позволяют выполнить измерение относительной магнитной проницаемости материала и изделий в соответствии с требованиями IEC 60404-15, ASTM A342M и VG 95578. Отсутствует необходимость изготовления образцов специальной формы или размеров.
Система KOERZIMAT выполняет измерения относительной магнитной проницаемости µr(H).
Намагниченность насыщения — это максимально возможная величина намагничивания ферромагнитного материала, которая характеризуется параллельной ориентацией всех магнитных моментов внутри материала. KOERZIMAT позволяет измерить магнитное насыщение дипольного момента jS и получить удельную по весу специфическую намагниченность насыщения σS (4πσ) материала и изделия, практически независимо от размеров образца в соответствии с требованиями стандарта IEC 60404-14. Отсутствует необходимость изготовления образцов специальной формы или размеров.
Плотность магнитного потока B — это мера напряженности магнитного поля, равная величине магнитного потока через единицу площади, перпендикулярной направлению магнитного потока. Эта физическая величина может быть представлена в векторной плоскости. С помощью феррозондовых датчиков можно измерить величину и направление B. Используя магнитометры MAGNETOSCOP и MAGNETOMAT с соответствующими зондами, можно определить плотность магнитного потока до 3 направлений одновременно. С помощью дифференциального зонда можно измерить градиент плотности магнитного потока в одном направлении.
Магнитная поляризация J это соотношение плотности магнитного потока в материале к плотности магнитного потока в вакууме. Данная величина представляет собой меру влияния материала на общую величину магнитного потока.
Характеристика гистерезиса J(H) определяется как реакция магнитного материала при воздействии на него внешнего магнитного поля.
Важнейшими измеряемыми параметрами являются максимальное магнитное насыщение, реманенц, коэрцитивная сила и магнитная проницаемость. С помощью вычисления площади ограниченной кривой гистерезиса, можно определить величину магнитных потерь в материале сердечника.
С модулем обновления систем KOERZIMAT HCJ и J-H все эти параметры могут быть измерены с высокой точностью.
|
Система единых терминов и определений обеспечивается на основе действующих ведомственных и государственных стандартов, которые включают в свой состав изделия, изготавливаемые из ферритов различных марок (магниты и магнитные системы), электротехнические изделия, а также магниты и средства электропитания радиоэлектронной аппаратуры и др. В связи с возросшим интересом читателей к справочной литературе в последнее время в практику работы ведущих предприятий страны вводятся новые технические термины с соответствующими определениями, обусловленные внедрением государственных стандартов серии ИСО. В первую очередь это относится к таким стандартам, как ГОСТ РВ 15.002, ГОСТ Р ИСО 9000, ГОСТ Р ИСО 9001 и ГОСТ Р ИСО 9004. В частности, ГОСТ Р ИСО 9000 устанавливает основные элементы управления качеством, являющиеся объектом стандартов семейства ИСО 9000.
|
| «Северо-Западная Лаборатория» © 1999—2021 Поддержка — Кутузова Марина
|
|
– – – Стержневые сердечники– – – Сердечники PQ– – – – Каркасы к сердечникам PQ– – – Сегментное кольцо– – – Ферритовые сердечники UR– – – Кольцевые сердечники с зазором– – – Помехоподавляющие сердечники конфигурации CST– – – Специальные ферриты– – – – Большие ферритовые кольца для ускорителей частиц– – – – Изготовление штучных экспериментальных образцов ферритовых сердечников по документации заказчика– – – – Пластины для безэховых камер– – – Ферритовые помехоподавляющие бусины на провод– – – Кольцевые сердечники Ferroxcube на основе распыленного железа– – – Ферритовые трубки конфигурации TUB– – СВЧ ферриты Temex-Ceramics– – Конденсаторы Epcos и TDK– – элементы защиты и фильтры Epcos и TDK– – – PTC термисторы– – – Кера-диоды– – ЭМС-фильтры TDK-EPCOS– – Подстроечные конденсаторы – – Изоляционные материалы для намотки трансформаторов– – фильтры на ПАВ– – датчики давления Epcos– – Сердечники Российского производства– – – Намоточные каркасы для Ш-образных сердечников отечественного производства– – – Ферритовые сердечники конфигурации «Ч»– – – Кольцевые ферритовые сердечники– – – Сердечники конфигурации «Ш»– – – порошковые сердечники отечественного производства– – – Отечественные ферритовые материалы– – – П-образные сердечники конфигурации ПК– – Сердечники из аморфных и нанокристаллических сплавов– – – материалы на основе аморфных и нанокристаллических сплавов– – – Характеристики аморфных и нанокристаллических сплавов серии АМАГ (МСТАТОР)– – – Тороидальные аморфные и нанокристаллические магнитопроводы Мстатор– – – – Магнитопроводы МСТАТОР серии MSP с линейной петлёй для трансформаторов и дросселей сетей isdn– – – – Магнитопроводы для аудио систем серии MSTAN– – – – Аморфные магнитопроводы с прямоугольной петлёй гистерезиса серии MSSA– – – – Помехоподавляющие магнитопроводы для многовитковых дросселей серии MSK– – – – Магнитопроводы МСТАТОР серии MSTN для силовых трансформаторов ИИП – – – – Низкопрофильные дроссельные магнитопроводы с распределённым зазором– – диэлектрические резонаторы Temex-Ceramics– – Беспроводные технологии TDK: чип-антенны, Bluetooth и WLAN модули – – Гибкие поглотители– – Trimmer capacitors Temex-Ceramics– – Конденсаторы Cera Link– Новости компании– – Неделя Московского района (20-23 октября 2015 года)– Статьи и публикации– – Наиболее часто задаваемые вопросы (FAQ)– – Магнитомягкие материалы для современной силовой электроники– – Современные магнитомягкие материалы для силовой электроники– – Сердечники катушек индуктивности — выбор материала и формы– – Epcos — компоненты защиты– – Ferrite Magnetic Design Tool 7.
0– – Список патентов– – Список литературы– – Нанокристаллические материалы сердечников– – Технологические особенности магнитотвердых материалов и области их применения– – Классификация магнитомягких материалов по химическому составу– – Термины и определения параметров магнитных материалов– – Классификация магнитных материалов по магнитным свойствам– – Классификация отечественных магнитомягких ферритов– – – Ферриты общего применения– – – Термостабильные ферриты– – – Высокопроницаемые ферриты– – – Ферриты для телевизионной техники– – – Ферриты для импульсных трансформаторов– – – Ферриты для перестраиваемых контуров мощных радиотехнических устройств– – – Ферриты для широкополосных трансформаторов– – – Ферриты для магнитных головок– – – Ферриты для датчиков температуры с заданной точкой Кюри– – – Ферриты для магнитного экранирования– – Новый ферритовый материал Epcos N95– – Новые порошковые материалы Magnetics– – Высоконадежные подстроечные конденсаторы Temex-Ceramics– – Перспективы применения новой серии импульсных трансформаторов Epcos B82804A в схемах управления затвором MOSFET– – Ферритовые материалы TDK– – Особенности применения порошковых Е-образных сердечников Magnetics в сварочном оборудовании– – Исследование частотных характеристик дросселей в широком диапазоне частот– – Импульсные трансформаторы серии ALT (TDK) для LAN коннекторов– – Материал Kool Mµ® MAX– – Разработка устройств на основе порошковых сердечников Magnetics при повышенных температурах– – Синфазные дроссели TDK для схем связи Ethernet автомобильного назначения – – Меры для поддержания EMC в схемах LVDC– – Особенности применения силовых индуктивностей– – Применение компонентов TDK (Epcos) в медицинском оборудовании– – Часто задаваемые вопросы (FAQ) по синфазным фильтрам (дросселям) TDK (Epcos)– Наши каталоги– Контакты– Сертификаты и дипломы– Карта сайта– Подбор аналогов EPCOS — TDK– Фильтры синфазных помех TDK– МСТАТОРМагнитная проницаемость и магнитная восприимчивость вещества
При проведении опыта с соленоидом, соединенным с баллистическим гальванометром, во время включения тока в нем можно определить значение магнитного потока Φ, который будет пропорционален отбросу стрелки гальванометра.
Если делать его дважды с одинаково установленным током I в гальванометре, то в первом опыте соленоид будет без сердечника, а во втором его введут перед включением тока.
Проведение второго опыта дает понять, что наличие магнитного потока значительно больше, чем в первом. Если повторить процесс, но с задействованием сердечника разной толщины, то получаем максимальный поток при полном заполнении соленоида железом, то есть при плотно навитой обмотке на сердечнике. Имеем, что:
где Φ является магнитным потоком в катушке с сердечником, Φ0 — магнитным потоком без сердечника.
Увеличение магнитного потока при введении сердечника в соленоид обусловлено появлением магнитного потока, создаваемого совокупностью ориентированных амперовых молекулярных токов, и присоединение его к уже имеющемуся магнитному потоку от тока обмотки соленоида. Происходит ориентировка молекулярных токов под влиянием магнитного поля, их суммарный момент больше не равняется нулю, потому как происходит возникновение дополнительного магнитного поля.
Магнитная проницаемость. Измерения
Определение 1
Величина μ характеризует магнитные свойства среды и называется магнитной проницаемостью (относительной магнитной проницаемостью).
Она является безразмерной характеристикой вещества. Если происходит увеличение потока Φ в μ раз, это говорит о том, что магнитная индукция B→ в сердечнике во столько же раз больше, чем в вакууме при том же токе в соленоиде. Запись примет вид:
B→=μB0→, где B0→ означает магнитную индукцию поля в вакууме.
Вместе с магнитной индукцией, являющейся основной силовой характеристикой поля, применяют вспомогательную векторную величину – напряженность магнитного поля H→, которая связана с B→ при помощи соотношения:
B→=μH→.
Если формула B→=μH→ применится в опыте с сердечником, тогда при его отсутствии:
B0→=μ0H0→.
Значение μ=1. Если сердечник имеется, то
B→=μμ0H→.
Равенство B→=μB0→ выполняется, поэтому
μμ0H→=μм0H0→→H→=H0→.
Отсюда следует, что напряженность магнитного поля не зависит от характера однородного вещества, которым было заполнено пространство. Большинство веществ имеет магнитную проницаемость, равную 1. Исключениями считаются ферромагнетики.
Магнитная восприимчивость вещества
Обычно связь вектора намагниченности J→ и вектора напряженности в каждой точке магнетика обозначается:
J→=χH→.
Определение 2
χ является магнитной восприимчивостью. Величина безразмерная. Если вещество неферромагтиное и обладает небольшим полем, то χ не зависит от напряженности, является скалярной величиной.
Анизотропные среды предполагают χ в качестве тензора, направления J→ и H→ не совпадают.
Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!
Описать задание
Связь между магнитной восприимчивостью и магнитной проницаемостью
Из определения вектора напряженности магнитного поля:
H→=B→μ0-J→.
При подстановке выражения J→=χH→ в H→=B→μ0-J→ получаем:
H→=B→μ0-H→.
Напряженность приобретает вид:
H→=B→μ01+χ→B→=μ0(1+χ)H→.
При сравнении B→=μμ0H→ и H→=B→μ01+χ→B→=μ0(1+χ)H→:
μ=1+χ.
Магнитная восприимчивость может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Из μ=1+χ имеем, что μ может быть больше или меньше 1.
Пример 1
Произвести вычисление намагниченности в центре кругового витка с радиусом R=0,1 м и током I=2 А при погружении в жидкий кислород. Значение магнитной восприимчивости жидкого кислорода χ=3,4·10-3.
Решение
Следует применить выражение, которое показывает связь напряженности магнитного поля и намагниченности, то есть:
J→=χH→.
Далее произведем поиск поля в центре витка с током, так как необходимо вычислить намагниченность в этой точке.
Рисунок 1
На проводнике с током необходимо выбрать элементарный участок, показанный на рисунке 1, как основу для решения задания.
Применим формулу напряженности элемента витка с током.
Тогда:
dH=14πIdlsin υr2.
Где r→ – является радиус-вектором, проведенным из элемента тока в рассматриваемую точку,
dl→ – элемент проводника с током, υ – угол между dl→ и r→.
Опираясь на рисунок 1, υ=90°, следует упрощение J→=χH→. Так как расстояние от центра окружности элемента проводника с током постоянно и равняется радиусу витка R, получаем:
dH=14πIdlR2.
Направление результирующего вектора напряженности магнитного поля совпадает с осью Х. Его находят как сумму отдельных векторов dH→, потому что все элементы тока создают в центре витка магнитные поля, которые направлены вдоль нормали витка. Используя принцип суперпозиции, полная напряженность магнитного поля находится при переходе к интегралу вида:
H=∮dH.
Произведем подстановку dH=14πIdlR2 в H=∮dH:
H=14πIR2∮dl=14πIR22πR=12IR.
Для нахождения намагниченности, следует подставить значение напряженности из H=14πIR2∮dl=14πIR22πR=12IR в J→=χH→. тогда:
J=χ2IR.
Вычисляем с числовыми выражениями:
J=3,4·10-32·20,1=3,4·10-2 Ам.
Ответ: J=3,4·10-2 Ам.
Пример 2
Произвести вычисление доли суммарного магнитного поля в вольфрамовом стержне, находящегося во внешнем однородном магнитном поле, которую определяют молекулярные токи. Значение магнитной проницаемости вольфрама равняется μ=1,0176.
Решение
Нахождение индукции магнитного поля B’, приходящейся на долю молекулярных токов, представляется:
B’=μ0J, где J – является намагниченностью. Ее связь с напряженностью выражается через соотношение:
J=χH.
Магнитная восприимчивость находится из
χ=μ-1.
Магнитное поле молекулярных токов будет равно:
B’=μ0(μ-1)H.
По формуле находим полное поле в стержне:
B=μμ0H.
Задействовав выражения B’=μ0(μ-1)H, B=μμ0H, найдем соотношение:
B’B=μ0(μ-1)Hμμ0H=μ-1μ.
Подставим числовые выражения:
B’B=1,0176-11,0176=0,0173.
Ответ: B’B=0,0173.
Зависимость магнитной проницаемости сталей от химического состава и частоты | Сандовский
1. Бида Г. В., Ничипурук А. П. Магнитные свойства термообработанных сталей. — Екатеринбург: ИМФ УрО РАН, 2005. — 218 с.
2. Сандовский В. А. Обработка многомерного сигнала при магнитном спектрометрическом контроле сталей / Дефектоскопия. 1982. № 4. С. 33 — 36.
3. Сандовский В. А. Контроль качества изотермической закалки сталей / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 11. С. 32-36.
4. Сандовский В. А. Метод оценки магнитной вязкости ферромагнитных материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. Т. 75. № 10. С. 36 40.
5. Бозорт Р. Ферромагнетизм / Пер. с англ. — М.: Иностранная литература, 1956. -304 с.
6. Вонсовский С. В. Магнетизм. — М.: Наука, 1971. — 1032 с.
7. Вонсовский С. В., Шур Я. С. Ферромагнетизм. — М. — Л.: ОГИЗ, 1948. — 816 с.
8. Кадочников А. И. Динамические петли магнитного гистерезиса. — Екатеринбург: ИМФ УрО РАН, 2007. — 287 с.
9. Кошляков Н. С., Глинер Э. Б., Смирнов М. М. Основные дифференциальные уравнения математической физики. — М.: Физматгиз, 1962. — 767 с.
10.
Гринберг Г. А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. — М.-Л.: АН СССР, 1948. — 647 с.
11. Дякин В. В., Сандовский В. А. Задачи электродинамики в неразрушающем контроле. — Екатеринбург: ИФМ УрО РАН, 2008. — 390 с.
12. Левит М. Г. Программное обеспечение для решения задач численного анализа на СМ ЭВМ. — Кишинев: Штиинца, 1991. — 237 с.
13. Кадочников А. И. Теория слабого поверхностного эффекта, учитывающая магнитную вязкость с малым временем релаксации / ФММ. 1997. № 1. С. 48 58.
14. Сагарадзе В. В., Уваров А. И. Упрочнение и свойства аустенитных сталей. — Екатеринбург: ИФМ УрО РАН, 2013. — 719 с.
15. Сандовский В. А. Исследования резонансных явлений в ферритовых образцах / Электричество. 2013. № 9. С. 56 61.
4. Магнитная проницаемость и насыщение | 13. Магнетизм и электромагнетизм | Часть1
4. Магнитная проницаемость и насыщение
Магнитная проницаемость и насыщение
Для лучшего понимания нелинейности магнитной проницаемости материала, ее можно отобразить в виде графика. Давайте поместим величину напряженности магнитного поля (Н), равную отношению магнитодвижущей силы (F) к длине материала, на горизонтальной оси графика. Не его вертикальной оси мы поместим величину магнитной индукции (В), равную отношению полного магнитного потока (Ф) к площади поперечного сечения материала. Таким образом, мы будем использовать напряженность магнитного поля (Н) и магнитную индукцию (В) вместо магнитодвижущей силы (F) и магнитного потока (Ф), в результате чего наш график будет независим от физических размеров тестируемого материала.
Зачем мы это делаем? А затем, чтобы показать математическую зависимость между магнитодвижущей силой и магнитным потоком для любого фрагмента конкретного материала.
Это называется нормальной кривой намагничивания или B-H кривой, для каждого конкретного материала. Обратите внимание на то, как выравнивается величина магнитной индукции (намагниченность) для любого из вышеуказанных материалов (чугуна, литой стали, стального листа) при увеличении напряженности магнитного поля. Данный эффект известен как насыщение. В размагниченном состоянии ферромагнитный материал разбивается на отдельные области — домены. Вектор намагниченности каждого домена противоположен вектору намагниченности соседнего, поэтому общая намагниченность материала равна нулю. При малых значениях напряженности внешнего магнитного поля происходит быстрый рост доменов, направление намагниченности которых близко к направлению поля (характеризуется быстрым возрастанием намагниченности материала, связанным с необратимым смещением доменных границ). Увеличение напряженности внешнего поля приводит к повороту магнитных моментов в направлении напряженности поля – называемому градусом вращения. Этот поворот моментов становится все более затруднителен по мере приближения к направлению внешнего поля. При достижении этого направления имеет место так называемое насыщение ферромагнетика. Напряженность H, при которой происходит насыщение, называют напряженностью поля насыщения. При дальнейшем увеличении напряженности происходит незначительное повышение намагниченности за счет дополнительной ориентации вдоль внешнего поля спиновых моментов отдельных электронов против действия их теплового движения.
При циклическом перемагничивании кривая намагничивания образует гистерезисную петлю. Как общий термин, гистерезис означает задержку между входом и выходом системы при изменении направления. Любой, кто когда-либо водил старый автомобиль с приличным люфтом рулевого управления знает что такое гистерезис: чтобы перейти от правого поворота к левому (или наоборот), приходится вращать рулевое колесо дополнительное количество раз для преодоления «задержки» механической системы связи между рулем и передним колесами автомобиля.
В магнитной системе, гистерезис проявляется в форме остаточной намагниченности ферромагнитного материала после удаления внешнего магнитного поля.
Чтобы понять что такое магнитный гистерезис, давайте возьмем вышеприведенный график, и расширим его оси для обозначения положительных и отрицательных величин.
Для начала мы с вами будем увеличивать напряженность магнитного поля (увеличивать ток через катушку электромагнита). В этом случае можно наблюдать увеличение намагниченности (вверх и вправо) в соответствии с обычной кривой намагничивания:
Затем, мы прекратим подачу тока на катушку электромагнита и посмотрим, что происходит с намагниченностью (первую кривую при этом оставим на графике):
Когда напряженность магнитного поля достигнет нуля, величина магнитной индукции еще не будет нулем. Это говорит о том, что даже после выключения намагничивающего тока магнитное поле в железе остается. В данной точке сердечник нашего электромагнита действует как постоянный магнит. Теперь давайте подключим к катушке ток обратного направления:
Кривая намагничивания в этом случае будет идти вниз и влево до тех пор, пока железо не намагнитится до насыщения в противоположном направлении. Далее, мы снова прекратим подачу тока на катушку электромагнита, и посмотрим, что произойдет с намагниченностью:
И снова, когда напряженность магнитного поля достигнет нуля, величина магнитной индукции еще не будет нулем. В железном сердечнике останется магнитное поле, но его направление будет противоположно предыдущему аналогичному действию (обесточиванию катушки). Если мы вновь подадим ток положительного направления на катушку, то намагниченность достигнет своего пика в правом верхнем углу графика:
Полученная «S»- образная кривая и называется петлей гистерезиса ферромагнитного материала для заданных значений напряженности магнитного поля (+Н и -Н).
Если вы недостаточно поняли этот график, давайте рассмотрим другой — для рассмотренного ранее сценария с рулевым управлением автомобиля. Один из приведенных ниже графиков описывает «жесткое» рулевое управление, а другой — рулевое управление с люфтом:
Для магнитных систем, как и для систем рулевого управления, гистерезис может быть проблемой. Если вы проектируете систему, нуждающуюся в точной величине магнитного потока при заданной величине тока, то гистерезис вполне может нарушить ваши планы. Аналогичным образом, система рулевого управления с люфтом неприемлема для гоночного автомобиля, нуждающегося в «точном» руле. Кроме того, попытки преодолеть остаточную намагниченность электромагнита обречены на неудачу, если для его питания используется переменный ток.
С другой стороны, магнитный гистерезис может оказаться полезным явлением. Так обстоит дело, если магнитные материалы используются в качестве средства хранения информации (компьютерные диски, аудио — и видеозаписи). Еще одним полезным применением гистерезиса является фильтрация высокочастотных электромагнитных «шумов».
Описание свойств материалов в волновых электромагнитных задачах
Всякий раз, когда мы решаем электродинамическую задачу в среде COMSOL Multiphysics, мы строим модель, состоящую из областей и граничных условий. Внутри областей, мы используем различные модели для описания и представления широкого спектра материалов и их свойств. Однако, с математической точки зрения, все эти различные материалы, в конечном итоге подчиняются одному и тому же основному уравнению. Давайте более подробно рассмотрим эти различные модели материалов и обсудим, когда их следует использовать.
Какие уравнения мы решаем?
В данной статье, мы будем подразумевать частотно-зависимую форму уравнений Максвелла в интерфейсе Electromagnetic Waves, Frequency Domain (Электромагнитные Волны, Частотная Область) доступном как в модуле Радиочастоты, так и в модуле Волновая Оптика.
2} \left( \epsilon_r -\frac{j \sigma}{\omega \epsilon_0} \right) \mathbf{E}= 0
Решение этого уравнения ищется для вектора напряженности электрического поля, \mathbf{E}, с рабочей частотой \omega = 2 \pi f (c_0 — скорость света в вакууме). Другие обозначения описывают свойства материала: \mu_r, относительная магнитная проницаемость; \epsilon_r, относительная диэлектрическая проницаемость; и \sigma, электрическая проводимость. Все эти материальные параметры могут быть положительными или отрицательными, действительными или комплексными числами, а также могут являться скалярными или тензорными величинами. Свойства материала могут также изменяться в зависимости от частоты, хотя и не всегда обязательно учитывать эти изменения, если решение ищется только в относительно узком диапазоне частот.
Давайте теперь рассмотрим подробнее каждое из этих материальных свойств.
Электропроводность
Электропроводность является количественной мерой того, насколько хорошо материал проводит ток — это величина обратная к удельному электрическому сопротивлению. Проводимость материала измеряется при стационарных условиях (постоянном токе) и, как можно заметить из приведенного выше уравнения, с ростом частоты, эффективное удельное сопротивление материала возрастает. Обычно предполагается, что проводимость не изменяется с частотой. Позже, мы также рассмотрим различные модели материалов с частотно-зависимой проводимостью.
В любом материале с ненулевой проводимостью, в приложенном электрическом поле, будет возникать электрический ток и происходить рассеяние энергии, известное как резистивные потери, которые также называют Джоулевоым нагревом. Зачастую это вызывает ощутимое повышение температуры, которая будет изменять проводимость. Для учета изменения проводимости с температурой, вы можете задать любую функциональную зависимость или использовать экспериментальные данные. Можно также воспользоваться встроенной моделью линеаризованного удельного сопротивления.
{\theta_i }
Все эти модели применимы только в случаях, когда масштаб длины, на которой материалы значительно меняют свои свойства, намного меньше, чем длина волны.
Относительная диэлектрическая проницаемость
Относительная диэлектрическая проницаемость является количественной мерой того, насколько хорошо материал поляризуется в ответ на приложенное электрическое поле. Принято любой материал с \epsilon_r>1 называть диэлектрическим материалом, хотя даже вакуум (\epsilon_r=1) можно назвать диэлектриком. Широкое распространение получил также термин диэлектрическая постоянная для случаев, когда хотят сослаться на относительную диэлектрическую проницаемость материалов.
Относительная диэлектрическая проницаемость материалов часто задается в виде комплексного числа, где отрицательная мнимая часть представляет собой потери в материале при изменении вектором электрического поля своего направления с течением времени. Любой материал, подвергающийся воздействию изменяющегося во времени электрического поля, будет рассеивать часть электрической энергии в виде тепла. Известные как диэлектрические потери, они являются следствием изменения формы электронных облаков вокруг атомов под воздействием электрического поля. Диэлектрические потери концептуально отличаются от резистивных потерь, которые обсуждались ранее; однако, с математической точки зрения, они, на самом деле, описываются одинаково — как комплексно-значный член в основном уравнении. Имейте в виду, что в среде COMSOL Multiphysics предполагается, что отрицательная мнимая часть (положительное значение электропроводности) соответствует потерям, в то время как положительная мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости (отрицательное значение электропроводности) приведовит к нарастанию (т.е. генерации) излучения внутри материала.
Существует семь различных моделей материалов для относительной диэлектрической проницаемости. Рассмотрим каждую из этих моделей.2-C_k}
где коэффициенты B_k и C_k определяют относительную диэлектрическую проницаемость.
Выбор между этими моделями определяется тем, какие именно свойства материала доступны для вас в технической литературе/справочниках. ОБратите внимание, что на математическом языке все они входят в основное уравнение идентичным образом.
Относительная магнитная проницаемость
Относительная магнитная проницаемость является количественной мерой того, каким образом материал реагирует на приложенное магнитное поле. Любой материал с \mu_r>1 обычно называется магнитным материалом (или магнетиком). Наиболее распространенным магнитным материалом на Земле является железо, но чистое железо редко применяется в радиотехнических или оптических приложениях. Гораздо чаще имеют дело с ферримагнитными материалами (или, ферримагнетиками — не путать с ферромагнетиками). Такие материалы проявляют сильные магнитные свойства с анизотропией, которая управляется постоянным внешним магнитным полем. В отличие от железа, ферримагнитные материалы обладают низкой проводимостью, так что высокочастотные электромагнитные поля способны проникать вглубь и взаимодействовать с объемом материала. Данная учебная модель демонстрирует каким образом можно описывать и моделировать ферримагнитные материалы в СВЧ-диапазоне.
В распоряжении имеется два доступных варианта для задания относительной магнитной проницаемости: модель Relative Permeability (Относительная магнитная проницаемость), которая используется по умолчанию в модуле Радиочастоты и модель Magnetic Losses (Магнитные потери). Модель Relative Permeability позволяет вводить вещественные или комплексные, скалярные или тензорные величины. Модели типа Porous Media, аналогичные описанным ранее в разделе про проводимость, могут использоваться для относительной магнитной проницаемости. Модель Magnetic Losses аналогична описанной выше модели Dielectric Loss в том, что действительная и мнимая части относительной магнитной проницаемости вводятся как вещественные числа.{-1}
где, как мы видели, относительная диэлектрическая и магнитная проницаемости могут принимать комплексные значения.
Вам необходимо всегда контролировать глубину скин-слоя и сравнивать ее с характерными размерами областей в своей модели. Если глубина скин-слоя окажется гораздо меньше размеров объекта, можно вместо непосредственного моделирования этой области воспользоваться для нее граничными условиями, как описано здесь: “Моделирование металлических объектов в волновых электромагнитных задачах“. Если глубина скин-слоя сравнима или больше размеров объекта, то электромагнитные поля начнут проникать вглубь объекта.
Плоская волна падает на объекты с различными проводимостями и, следовательно, с различающимися размерами скин-слоев. Когда глубина скин-слоя оказывается меньше длины волны, используется сеточное разбиение на основе пограслойных элементов, показанное справа. Также приведено графическое отображение распределения электрического поля.
Если глубина скин-слоя меньше размеров объекта, то рекомендуется использовать сеточное разбиение на основе пограслойных элементов для разрешения резких изменений поля по направлению нормали к границе, минимум с одним элементом на скин-слой и минимум тремя элементами в пограничном слое. Если глубина скин-слоя больше эффективной длины волны в среде, то для необходимого разрешения достаточно иметь стандартное разбиение с пятью элементами на длину волны в среде, как показано слева на рисунке выше.
Заключение
В данной заметке мы рассмотрели различные варианты, имеющиеся в среде COMSOL Multiphysics, для задания свойств материала при моделировании электродинамических задач. Мы увидели, что математические модели материалов, в которых определяется относительная диэлектрическая проницаемость, подходят даже для металлов в определенном диапазоне частот. С другой стороны, мы также можем описывать металлические области с помощью граничных условий, как отмечалось ранее в нашем корпоративном блоге. {- 7} \) H / m.Иллюстрация, представляющая плотность магнитного потока
Здесь показаны зависимости от приложенной напряженности поля для различных классификаций горных пород.
Относительная проницаемость
Помимо магнитной проницаемости, часто проявляются магнитные свойства.
представлены с использованием относительной проницаемости. Относительная проницаемость
характеризует, увеличивает или уменьшает наведенное намагничивание
плотность магнитного потока в материале. Относительная проницаемость
\ (\ mu_r \) — отношение магнитной проницаемости материала к
проницаемость свободного пространства:
(11) \ [\ mu_r = \ frac {\ mu} {\ mu_0} \]
Для большинства горных пород наведенная намагниченность параллельна приложенной
поле, тем самым увеличивая плотность магнитного потока.Эти скалы
характеризуется относительными проницаемостями \ (\ mu_r> 1 \). Родственник
проницаемость \ (\ mu_r = 1 \) используется для характеристики материалов, которые
неспособен поддерживать наведенное намагничивание. В редких случаях очень маленький
намагничивание может быть вызвано в горных породах, которые противостоят приложенному полю, и
снижает плотность магнитного потока. Эти породы характеризуются
магнитные проницаемости \ (\ mu_r <1 \).
Частичное выравнивание магнитных дипольных моментов под действием приложенного поля, и
результирующие плотности магнитного потока во всех трех случаях представлены в
рисунок ниже.
Рис. 27 Частичное выравнивание магнитных дипольных моментов под действием
приложенное магнитное поле для различных случаев. (а) Парамагнитный (\ (\ mu_r> 1 \)).
Намагничивание параллельно приложенному полю и увеличивает плотность
магнитного потока. (б) непроницаемый (\ (\ mu_r = 1 \)).
Не поддерживает наведенное намагничивание. (c) Диамагнитный (\ (\ mu_r <1 \)).
Намагничивание слабое и противодействует приложенному магнитному полю, тем самым уменьшая
плотность магнитного потока.
Значение для геофизики
Электромагнитные системы с индуктивным источником
В большинстве геологических сред вариации магнитной проницаемости Земли незначительны (\ (\ mu \ sim \ mu_0 \)), а исследования чувствительны только к контрастам в электропроводности Земли.Однако есть множество случаев, когда магнитная проницаемость становится важным диагностическим физическим свойством. Например, некоторые рудоносные породы (магнетит, пирротин) обладают очень высокими магнитными проницаемостями. При использовании электромагнитных систем в частотной (FDEM) и временной (TDEM) области было показано, что большая магнитная проницаемость влияет на измеряемый отклик. Таким образом, отсутствие учета магнитных свойств Земли может привести к неправильной характеристике подземных структур в определенных средах.
Обследование неразорвавшихся боеприпасов
Магнитная проницаемость также является диагностическим физическим свойством для исследований неразорвавшихся боеприпасов (НБ). Невзорвавшийся боеприпас (НРБ) — это боеприпас, который был вооружен, выпущен и остается невзорвавшимся из-за неисправности. Оболочки неразорвавшихся боеприпасов чрезвычайно проницаемы по сравнению с принимающей средой. Этот контраст можно использовать для обнаружения и удаления неразорвавшихся боеприпасов с загрязненных территорий. Магнитные свойства неразорвавшегося боеприпаса также ответственны за получение отчетливых откликов TDEM.
Наземный радар дальнего обнаружения
Магнитная проницаемость действует как вторичное диагностическое физическое свойство в георадарах (GPR). Магнитная проницаемость влияет на отражение, преломление и скорость радиоволновых сигналов при их распространении через Землю.
Магнитная вязкость
Магнитная вязкость относится к дисперсионной магнитной проницаемости, которую демонстрируют латеритные почвы и быстро охлаждаемые базальты. При использовании систем TDEM эти камни производят отклик, который маскирует отклики от неразорвавшихся боеприпасов и глубоко заглубленных проводников.В настоящее время разрабатываются методы моделирования этого явления и его реакции на основе данных, собранных на местах.
Проницаемость и насыщенность | Магнетизм и электромагнетизм
Нелинейность проницаемости материала может быть изображена на графике для лучшего понимания. На горизонтальной оси графика поместим величину напряженности поля (H), равную силе поля (ммс), деленной на длину материала. На вертикальной оси отложим величину плотности потока (B), равную полному потоку, деленному на площадь поперечного сечения материала.
Мы будем использовать величины напряженности поля (H) и плотности потока (B) вместо силы поля (ммс) и полного потока (Φ), чтобы форма нашего графика оставалась независимой от физических размеров исследуемого материала. Мы пытаемся показать математическую взаимосвязь между силой поля и потоком для любого фрагмента определенного вещества в том же духе, что и при описании удельного сопротивления материала в Ом-см-мил / фут вместо его фактического сопротивление Ом.
Это называется кривой нормального намагничивания или кривой B-H для любого конкретного материала. Обратите внимание, как плотность потока для любого из вышеуказанных материалов (чугун, литая сталь и листовая сталь) выравнивается с увеличением интенсивности поля. Этот эффект известен как насыщенность . Когда приложенная магнитная сила мала (низкая H), только несколько атомов выравниваются, а остальные легко выравниваются с помощью дополнительной силы.
Однако по мере того, как большее количество потока втискивается в одну и ту же площадь поперечного сечения ферромагнитного материала, в этом материале становится меньше атомов, чтобы выровнять свои электроны с дополнительной силой, и поэтому требуется все больше и больше силы (H), чтобы получить меньше и меньше. меньшая «помощь» материала в создании большей плотности потока (B). Если выразить это в экономических показателях , мы наблюдаем уменьшение отдачи (B) от наших инвестиций (H). Насыщение — это явление, ограниченное электромагнитами с железным сердечником.
Электромагниты с воздушным сердечником не насыщаются, но, с другой стороны, они не производят почти такой же магнитный поток, как ферромагнитный сердечник, при таком же количестве витков провода и токе.
Магнитный гистерезис
Еще одна причуда, мешающая нашему анализу зависимости магнитного потока от силы, — это явление магнитного гистерезиса . Как общий термин, гистерезис означает задержку между входом и выходом в системе при изменении направления. Любой, кто когда-либо водил старый автомобиль с «незакрепленным» рулевым управлением, знает, что такое гистерезис: чтобы переключиться с левого поворота на правый (или наоборот), вам нужно дополнительно повернуть рулевое колесо, чтобы преодолеть встроенное «отставание». в системе механической связи между рулевым колесом и передними колесами автомобиля.
В магнитной системе гистерезис наблюдается в ферромагнитном материале, который имеет тенденцию оставаться намагниченным после того, как сила приложенного поля была снята (см. «Удерживающая способность» в первом разделе этой главы), если сила обратной полярности.
Давайте снова воспользуемся тем же графиком, только расширив оси, чтобы указать как положительные, так и отрицательные величины. Сначала мы приложим увеличивающуюся силу поля (ток через катушки нашего электромагнита). Мы должны увидеть увеличение плотности потока (вверх и вправо) согласно нормальной кривой намагничивания:
Затем мы остановим ток, проходящий через катушку электромагнита, и посмотрим, что происходит с потоком, оставив первую кривую на графике:
Из-за удерживающей способности материала у нас все еще есть магнитный поток без приложенной силы (нет тока через катушку).В этот момент наш сердечник электромагнита действует как постоянный магнит. Теперь мы медленно применим такое же количество силы магнитного поля в направлении , противоположном направлению , к нашему образцу:
Плотность потока теперь достигла точки, эквивалентной тому, что было при полном положительном значении напряженности поля (H), за исключением отрицательного или противоположного направления. Давайте снова остановим ток, проходящий через катушку, и посмотрим, сколько остается магнитного потока:
Еще раз, из-за естественной удерживающей способности материала, он будет удерживать магнитный поток без подачи энергии на катушку, за исключением того, что на этот раз он направлен в направлении, противоположном тому, когда мы в последний раз прекращали ток через катушку.Если мы снова подадим мощность в положительном направлении, мы снова увидим, что плотность потока достигнет своего предыдущего пика в правом верхнем углу графика:
S-образная кривая, полученная на этих этапах, формирует так называемую кривую гистерезиса ферромагнитного материала для данного набора крайних значений напряженности поля (-H и + H).
Пример гистерезиса в автомобилях
Рассмотрим график гистерезиса для сценария рулевого управления автомобиля, описанного ранее, один график изображает «жесткую» систему рулевого управления, а другой — «незакрепленную» систему:
Как и в случае с системами рулевого управления автомобиля, гистерезис может быть проблемой.Если вы разрабатываете систему для создания точных величин потока магнитного поля для заданных величин тока, гистерезис может препятствовать достижению этой цели проектирования (из-за того, что величина плотности потока будет зависеть от тока и , насколько сильно она была намагничивал раньше!). Точно так же слабая система рулевого управления недопустима в гоночном автомобиле, где необходима точная, повторяемая реакция рулевого управления.
Кроме того, необходимость преодолеть предшествующее намагничивание в электромагните может быть пустой тратой энергии, если ток, используемый для возбуждения катушки, является переменным взад и вперед (переменный ток).Площадь внутри кривой гистерезиса дает приблизительную оценку количества этой потраченной впустую энергии.
В других случаях желательно использовать магнитный гистерезис. Так обстоит дело, когда магнитные материалы используются как средство хранения информации (компьютерные диски, аудио- и видеокассеты). В этих приложениях желательно иметь возможность намагничивать частичку оксида железа (феррит) и полагаться на удерживающую способность этого материала, чтобы «запомнить» его последнее намагниченное состояние.
Еще одним продуктивным применением магнитного гистерезиса является фильтрация высокочастотного электромагнитного «шума» (быстро меняющиеся скачки напряжения) из сигнальной проводки путем пропускания этих проводов через середину ферритового кольца.Энергия, затрачиваемая на преодоление гистерезиса феррита, снижает мощность «шумового» сигнала. Интересно, что кривая гистерезиса феррита довольно экстремальна:
ОБЗОР:
- Проницаемость материала изменяется в зависимости от величины магнитного потока, протекающего через него.
- Конкретное отношение силы к потоку (напряженность поля H к плотности потока B) изображено на графике в форме, называемой кривой нормального намагничивания .
- К ферромагнитному материалу можно приложить столько силы магнитного поля, что в него больше нельзя будет втиснуть поток. Это состояние известно как магнитное насыщение .
- Когда удерживающая способность ферромагнитного вещества мешает его перемагничиванию в противоположном направлении, возникает состояние, известное как гистерезис .
СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:
Что такое магнитная проницаемость? — Matmatch
Магнитная проницаемость — это свойство материала, которое описывает изменение магнитного поля внутри материала по сравнению с полем намагничивания, в котором он находится [1] [2].Другими словами, он показывает, насколько легко на материал воздействует наведенное магнитное поле.
Использование этого свойства материала имеет большое значение в различных отраслях промышленности. {- 7} `Вебер на ампер-метр (Вт / А.м) [1]. Для свободного пространства или вакуума значение относительной магнитной проницаемости равно «\ mu_r = 1». Концепция относительной магнитной проницаемости помогает количественно оценить изменение наведенной намагниченности в магнитном потоке [2] [3].
Классификация материалов по магнитной проницаемости
Материалы могут быть классифицированы на основе их относительной магнитной проницаемости как:
- непроницаемый
- Диамагнитный
- Парамагнитный
- Ферромагнетик
Описание и примеры материалов, основанных на этой классификации, приведены в таблице ниже [1] [2].
Таблица 1. Классификация материалов на основе их относительной магнитной проницаемости.
Тип материала | Описание | Относительная магнитная проницаемость | Примеры материалов |
Непроницаемый | Отражение или противодействие индуцированному магнитному полю | `\ mu_r = 1` | Медь Алюминий Платина Водород Стекло Алмаз тефлон Бетон (сухой) Дерево Воздух |
Диамагнитный | Слабо притягивается магнитным полем с постоянными значениями относительной проницаемости менее 1 | `\ mu_r <1` | висмут Графит Сапфир Медь Уголь пиролитический Вода Сверхпроводники |
Парамагнитный | Сильно притягивается магнитным полем с постоянными значениями относительной проницаемости, немного превышающими 1 | `1 <\ mu_r <100` | Магний Молибден Тантал Феррит (никель-цинк) Литий |
Ферромагнетик | Сильно притягивается магнитным полем с нелинейными значениями относительной проницаемости | `\ mu_r ≥ 100` | Утюг Никель Кобальт Сталь Сплавы |
Измерения магнитной проницаемости
Определение магнитной проницаемости материала — непростая задача, поскольку она зависит от величины приложенного магнитного поля, а это поле имеет свою историю.Обычно магнитная проницаемость измеряется полностью магнитными методами. Другие методы зависят в основном от типа образца. Некоторые из наиболее распространенных методов включают [4]:
- Метод отражения: , используемый для измерения спектров проницаемости тонких магнитных пленок и других небольших образцов
- Метод вихревых токов: , используемый для измерения проницаемости металлических пластин, труб и трубок
- Метод индуктивности: используется для измерения эффективной проницаемости плоских спиралей или цилиндров.
Применения магнитной проницаемости
Основное применение магнитной проницаемости — это характеристика магнитных материалов. Магнитные материалы определяются их кривой намагничивания (B по сравнению с H) и относительной магнитной проницаемостью (`\ mu_r`). Магнитные материалы обычно ассоциируются с ферромагнитными материалами, поскольку они демонстрируют значительно высокие значения магнитной проницаемости «\ mu_r≥100».
Магнитные материалы являются ключевыми элементами в технологических приложениях для промышленности, например [5]:
- Производство, распределение и преобразование энергии
- Хранение и поиск информации
- СМИ и телекоммуникации
Одним из старейших известных применений магнитного материала является компас, который был изобретен в 200-х годах Б.C. в Китае. В магнитном компасе использовался кусок намагниченного магнитного камня, также известного как магнетит, и на протяжении веков он использовался в качестве навигационного инструмента. Позже, с открытием электромагнетизма, были представлены другие приложения, связанные с производством электроэнергии, такие как генераторы. Еще одним ключевым технологическим приложением было изобретение магнитной ленты, которая использовалась для хранения информации на магнитной проволоке или ленте. Магнитная лента открыла двери для многих других приложений в компьютерных технологиях.Последние применения магнитных материалов основаны на наноструктурированных материалах. Примеры из них включают тонкие пленки, многослойные структуры и нанопроволоки [6].
[1] Разработчики GeoSci, «Магнитная проницаемость», [онлайн].
[2] Британская энциклопедия (2020), «Магнитная проницаемость», [Онлайн].
[3] Регтьен, П. Дертьен, Э. (2018), «Индуктивные и магнитные датчики», Датчики для мехатроники , 2-е издание, [Online].
[4] Ciu, Z., Чжан В. и Ван Х. (2018), «Метод измерения магнитной проницаемости для материалов с частицами», EEE Международная конференция по измерительным приборам и технологиям .
[5] Anglada, J.R. et al. (2018), «О важности характеристики магнитных материалов для разработки магнитов ускорителей частиц», Journal of Physics , Conference Series 1065, 052045 [Online].
[6] Моруп С. и Франдсен К. (2019), Магнитные наночастицы, Комплексная нанонаука и нанотехнологии , Второе издание, том 1, стр.89-140
Калькулятор магнитной проницаемости
Калькулятор магнитной проницаемости — это инструмент, который поможет вам определить зависимость между магнитной проницаемостью и восприимчивостью. В следующем тексте мы объяснили, что такое проницаемость, и представили, как вы можете рассчитать ее, используя определение проницаемости. Читайте дальше, если вы хотите узнать, почему некоторые материалы обладают магнитными свойствами, а некоторые — нет.
Знаете ли вы, что существуют вещества, называемые сверхпроводниками, которые обладают необычным свойством, позволяющим им левитировать в магнитном поле? Разве это не увлекательно? Вот почему мы также ответили на вопрос, что такое сверхпроводник.
Что такое проницаемость?
Согласно определению проницаемости, он описывает магнитное поле, создаваемое материалом, которое возникает в ответ на приложенное магнитное поле. Мы делим материалы на три основных типа в зависимости от магнитной проницаемости µ :
- в диамагнитных материалах внешнее магнитное поле создает внутреннее магнитное поле с противоположным направлением, вызывая эффект отталкивания. Их магнитная проницаемость меньше магнитной проницаемости свободного пространства
мк77. - парамагнитные материалы имеют магнитную проницаемость более
µ₀, но его внутреннее магнитное поле возникает только при наличии внешнего магнитного поля. Магнитное поле их привлекает. - ферромагнитные материалы имеют магнитную проницаемость намного больше, чем
µ₀, и они могут сохранять свое внутреннее магнитное поле даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Ферромагнетизм — это механизм, который формирует постоянные магниты в определенных материалах, например.г., один из самых сильных — неодимовый магнит.
Знаете ли вы, каково микроскопическое происхождение магнетизма материи? Воспользуйтесь нашим калькулятором магнитного момента, чтобы узнать, как вычислить элементарный магнитный момент атома.
Магнитная проницаемость и восприимчивость
В магнетизме мы используем три поля:
- намагниченность
M, которая представляет собой магнитное поле, создаваемое материалом, - магнитное поле
H, которое представляет собой магнитное поле снаружи материала, - магнитное поле
B, которое представляет собой полное магнитное поле внутри материала.(-7) Гн / м — магнитная проницаемость свободного пространства. ЕдиницаHназывается «Генри» и представляет собой единицу индуктивности (проверьте калькулятор индуктивности соленоида).
Наш калькулятор магнитной проницаемости обеспечивает преобразование между µ и χ , которое получается из приведенных выше уравнений:
χ = µ / µ₀ - 1 = µᵣ - 1
Обычно мы используем так называемую относительную проницаемость µᵣ = µ / µ₀ для упрощения обозначений.Попробуйте наш калькулятор магнитной проницаемости и посмотрите, как он работает!
Что такое сверхпроводник?
Физические свойства некоторых материалов резко изменяются при охлаждении ниже характерной критической температуры. Их электрическое сопротивление и магнитная проницаемость становятся равными нулю, поэтому их называют сверхпроводниками. Материал с нулевой проницаемостью ведет себя как идеальный диамагнетик, который полностью излучает магнитное поле изнутри сверхпроводника, и мы можем наблюдать явление левитации.Возможно, скоро сбудутся мечты о парящих автомобилях?
В этой таблице остаточная магнитная индукция — это остаточное магнитное поле B, а единицей СИ для B является тесла (Тл). 1 тесла = 10000 гаусс. «Коэрцитивная сила» — это приложенная напряженность H обратного магнитного поля, необходимая для принуждения чистого магнитного поля к нулю после намагничивания. Единица СИ для H — А / м, а 1 А / м = 0.01257 эрстедс. Индекс | Таблицы Каталожный номер Магнитная проницаемость — вопросы и ответы в МРТМагнитное поле ( B ), определенное выше, также известно как поле магнитной индукции , , магнитная индукция , , или , плотность магнитного потока . Однако существует другой тип магнитного поля, обозначенный как H , который называется напряженность магнитного поля . H и B имеют разные единицы измерения и несколько разное физическое значение. H можно рассматривать как приложенную извне «силу намагничивания», тогда как B представляет собой фактическое магнитное поле, индуцированное в области пространства. Необходимо различать H и B , потому что электромагнитное поле в данной точке пространства зависит не только от распределения электрических токов, порождающих это поле (отраженных в H ), но и от типа материя, занимающая регион (отражена в B ). Когда неважно присутствует материя (например, в вакууме), B и H по существу эквивалентны, за исключением коэффициента µo для настройки единиц измерения. Таким образом, мы можем записать: B vac = µo H . Коэффициент µo называется проницаемостью свободного пространства и имеет значение 4π × 10 -7 ньютон / ампер² в единицах СИ. Поскольку B измеряется в теслах (ньютонах на ампер-метр), единицами СИ для H должны быть амперы на метр. Всякий раз, когда материя присутствует в данной области пространства, индуцированное поле ( B ) обычно не равно приложенному полю ( H ). Когда H встречает материю, происходят различные электромагнитные взаимодействия, которые можно рассматривать как стремящиеся «сконцентрировать» или «рассеять» магнитные силовые линии. Это явление в первую очередь является результатом действия неспаренных орбитальных и делокализованных электронов, которые создают циркулирующие токи и, во-вторых, индуцируют внутреннюю намагниченность ( Mi ), также называемую объемным магнитным моментом , который служит либо для увеличить или противодействовать приложенному полю ( H ).Эта намагниченность пропорциональна приложенному полю безразмерной константой, известной как восприимчивость (χ), выраженная соотношением Mi = χ H . Следовательно, мы можем написать: B = µo ( Mi + H ) Новый член µ — это безразмерный коэффициент, известный как магнитная проницаемость материала.Это связано с магнитной восприимчивостью выражением µ = 1 + χ . Когда µ> 1 (или χ> 0), магнитное поле можно рассматривать как «концентрированное» по сравнению с полем в вакууме, и вещество называется парамагнитным . Когда µ <1 (или χ <0), поле можно считать относительно «истонченным» или «рассредоточенным», и вещество называется диамагнитным . Эти концепции будут рассмотрены более подробно в последующих вопросах. Связь между B и H в вопросе Что такое магнитная проницаемость?По Проницаемость, также называемая магнитной проницаемостью, представляет собой константу пропорциональности, которая существует между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля. Эта константа приблизительно равна 1,257 x 10 -6 генри на метр (Гн / м) в свободном пространстве (в вакууме). В других материалах оно может сильно отличаться, часто значительно больше, чем значение свободного пространства, которое обозначается как µ или . Материалы, из-за которых силовые линии расходятся дальше друг от друга, что приводит к уменьшению плотности магнитного потока по сравнению с вакуумом, называются диамагнитными. Материалы, которые концентрируют магнитный поток с коэффициентом больше 1, но меньше или равным 10, называются парамагнитными; материалы, которые концентрируют поток более чем в 10 раз, называются ферромагнетиками. Коэффициенты проницаемости некоторых веществ изменяются с повышением или понижением температуры или с интенсивностью приложенного магнитного поля. В инженерных приложениях проницаемость часто выражается скорее в относительных, чем в абсолютных величинах. Если µ o представляет проницаемость свободного пространства (то есть 1,257 x 10 -6 Гн / м), а µ представляет проницаемость рассматриваемого вещества (также указывается в генри на метр), тогда относительная проницаемость, µ r , определяется по формуле: µ r = µ / µ o Диамагнитные материалы имеют µ r меньше 1, но ни одно из известных веществ не имеет относительную проницаемость намного меньше 1. Некоторые ферромагнетики, особенно порошкообразное или слоистое железо, сталь или никелевые сплавы, имеют µ r , которые могут диапазон примерно до 1000000.  |