PERMEABILITATEA MAGNETICĂ: CONSTANTĂ ȘI DE MASĂ - FIZIC - 2025

Permeabilitatea magnetică este cantitatea fizică a proprietății materiei pentru a genera propriul câmp magnetic, atunci când acesta este străbătut de un câmp magnetic exterior.

Ambele câmpuri: extern și propriu, sunt suprapuse dând un câmp rezultat. A, independent de material, câmpul vizual extern este numit câmp magnetic rezistență H , în timp ce se suprapun câmpul exterior plus materialul este indus în inducție magnetică B .

Figura 1. Solenoid cu miez de material de permeabilitate magnetică μ. Sursa: Wikimedia Commons.

Când vine vorba de materiale omogene și izotrope, câmpurile H și B sunt proporționale. Și constanta de proporționalitate (scalară și pozitivă) este permeabilitatea magnetică, notată cu litera greacă μ:

B = μ H

În sistemul internațional SI, inducția magnetică B este măsurată în Tesla (T), în timp ce intensitatea câmpului magnetic H este măsurată în Ampere peste metru (A / m).

Deoarece μ trebuie să garanteze omogenitate dimensională în ecuație, unitatea de μ în sistemul SI este:

= (Tesla ⋅ metru) / Ampere = (T ⋅ m) / A

Permeabilitatea magnetică a vidului

Să vedem cum câmpurile magnetice, ale căror valori absolute le notăm prin B și H, sunt produse într-o bobină sau un solenoid. De acolo, va fi introdus conceptul de permeabilitate magnetică a vidului.

Solenoidul este format dintr-un conductor înfășurat în spirală. Fiecare viraj al spiralei se numește rotație. În cazul în care curentul trece prin i solenoid, atunci avem un electromagnet care produce un câmp magnetic B .

Mai mult, valoarea inducției magnetice B este mai mare, deoarece curentul i este crescut. Și, de asemenea, când densitatea rotațiilor n crește (numărul N de viraje între lungimea d a solenoidului).

Celălalt factor care afectează valoarea câmpului magnetic produs de un solenoid este permeabilitatea magnetică μ a materialului care se află în interiorul său. În sfârșit, amploarea câmpului menționat este:

B = μ. i .n = μ. i. (N / a)

După cum s-a menționat în secțiunea anterioară, intensitatea câmpului magnetic H este:

H = i. (N / d)

Acest câmp de magnitudine H, care depinde doar de curentul circulant și de densitatea de rotații a solenoidului, „pătrunde” materialul cu permeabilitate magnetică μ, determinând să se magnetizeze.

Apoi se produce un câmp total de magnitudine B, care depinde de materialul care se află în interiorul solenoidului.

Solenoid în vid

În mod similar, dacă materialul din interiorul solenoidului este vid, atunci câmpul H „pătrunde” în vid producând un câmp rezultat B. Coeficientul dintre câmpul B în vid și H produs de solenoid definește permeabilitatea vidului. , a cărei valoare este:

μ o = 4π x 10 ^-7 (T⋅m) / A

Se pare că valoarea anterioară a fost o definiție exactă până la 20 mai 2019. De la această dată, a fost făcută o revizuire a sistemului internațional, ceea ce duce la μ sau este măsurat experimental.

Cu toate acestea, măsurătorile făcute până acum indică faptul că această valoare este extrem de precisă.

Tabel cu permeabilitate magnetică

Materialele au o permeabilitate magnetică caracteristică. Acum, este posibil să găsiți permeabilitatea magnetică cu alte unități. De exemplu, să luăm unitatea de inductanță, care este Henry (H):

1H = 1 (T * m ² ) / A.

Comparând această unitate cu cea care a fost dată la început, se vede că există o similaritate, deși diferența este metrul pătrat pe care îl deține Henry. Din acest motiv, permeabilitatea magnetică este considerată o inductanță pe lungimea unității:

= H / m.

Permeabilitatea magnetică μ este strâns legată de o altă proprietate fizică a materialelor, numită susceptibilitate magnetică χ, care este definită ca:

μ = μ sau (1 + χ)

În expresia anterioară μ o, este permeabilitatea magnetică a vidului.

Magnetic χ susceptibilitatea este proporționalitatea dintre câmpul extern H și magnetizarea materialului M .

Permeabilitate relativă

Este foarte comună exprimarea permeabilității magnetice în raport cu permeabilitatea vidului. Este cunoscută sub numele de permeabilitate relativă și nu este altceva decât coeficientul dintre permeabilitatea materialului și cea a vidului.

Conform acestei definiții, permeabilitatea relativă este lipsită de unitate. Dar este un concept util pentru clasificarea materialelor.

De exemplu, materialele sunt ferromagnetice atâta timp cât permeabilitatea lor relativă este mult mai mare decât unitatea.

În același mod, substanțele paramagnetice au o permeabilitate relativă chiar peste 1.

Și în sfârșit, materialele diamagnetice au permeabilități relative chiar sub unitate. Motivul este că acestea se magnetizează în așa fel încât să producă un câmp care se opune câmpului magnetic extern.

De menționat este faptul că materialele ferromagnetice prezintă un fenomen cunoscut sub numele de "histerezis", în care păstrează memoria câmpurilor aplicate anterior. În virtutea acestei caracteristici pot forma un magnet permanent.

Figura 2. Amintiri magnetice cu ferită. Sursa: Wikimedia Commons

Datorită memoriei magnetice a materialelor ferromagnetice, amintirile calculatoarelor digitale timpurii au fost mici toroide din ferită traversate de conductoare. Acolo au salvat, extras sau șters conținutul (1 sau 0) din memorie.

Materialele și permeabilitatea acestora

Iată câteva materiale, cu permeabilitatea lor magnetică în H / m și permeabilitatea lor relativă între paranteze:

Fier: 6,3 x ^10-3 (5000)

Fier de cobalt : 2,3 x 10 ^-2 (18000)

Nichel-fier: 1,25 x 10 ^-1 (100000)

Mangan-zinc: 2,5 x 10 ^-2 (20000)

Oțel carbon: 1,26 x 10 ^-4 (100)

Magnet de neodim: 1,32 x 10 ^-5 (1,05)

Platină: 1,26 x 10 ^-6 1.0003

Aluminiu: 1,26 x 10 ^-6 1,00002

Aer 1.256 x 10 ^-6 (1.0000004)

Teflon 1.256 x 10 ^-6 (1.00001)

Lemn uscat 1.256 x 10 ^-6 (1.0000003)

Cupru 1,27 x10 ^-6 (0,999)

Apa pură 1,26 x 10 ^-6 (0,999992)

Superconductor: 0 (0)

Analiza tabelului

Analizând valorile din acest tabel, se poate observa că există un prim grup cu permeabilitate magnetică în raport cu cel al vidului cu valori mari. Acestea sunt materiale feromagnetice, foarte potrivite pentru fabricarea electromagnetilor pentru producerea de câmpuri magnetice mari.

Figura 3. Curbele B vs. H pentru materiale feromagnetice, paramagnetice și diamagnetice. Sursa: Wikimedia Commons.

Apoi avem un al doilea grup de materiale, cu o permeabilitate magnetică relativă chiar peste 1. Acestea sunt materialele paramagnetice.

Apoi puteți vedea materiale cu o permeabilitate magnetică relativă chiar sub unitate. Acestea sunt materiale diamagnetice, cum ar fi apa pură și cupru.

În cele din urmă avem un superconductor. Superconductorii au o permeabilitate magnetică zero, deoarece exclude complet câmpul magnetic din interiorul lor. Superconductorii sunt inutili pentru a fi folosiți în miezul unui electromagnet.

Cu toate acestea, electromagnetii supraconductori sunt adesea construiți, dar superconductorul este utilizat în înfășurare pentru a stabili curenți electrici foarte mari care produc câmpuri magnetice ridicate.

Referințe

1. Dialnet. Experimente simple pentru a găsi permeabilitatea magnetică. Recuperat din: dialnet.unirioja.es
2. Figueroa, D. (2005). Serie: fizică pentru știință și inginerie. Volumul 6. Electromagnetism. Editat de Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, D. 2006. Fizică: Principii cu aplicații. 6 Ed. Sala Prentice. 560-562.
4. Kirkpatrick, L. 2007. Fizica: o privire asupra lumii. A 6-a ediție prescurtată. Cengage Learning. 233.
5. Youtube. Magnetism 5 - Permeabilitate. Recuperat de pe: youtube.com
6. Wikipedia. Camp magnetic. Recuperat din: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Permeabilitate (electromagnetism). Recuperat din: en.wikipedia.com