Das magnetische Permeabilität ist die physikalische Größe der Eigenschaft der Materie, ihr eigenes Magnetfeld zu erzeugen, wenn sie von einem anderen externen Magnetfeld durchdrungen wird.
Beide Felder: das externe und das eigene, werden überlagert und ergeben ein resultierendes Feld. Das vom Material unabhängige äußere Feld heißt magnetische Feldstärke H., während die Überlagerung des äußeren Feldes plus der im Material induzierten die ist magnetische Induktion B..
Wenn es um homogene und isotrope Materialien geht, sind die Felder H. Y. B. Sie sind proportional. Und die Proportionalitätskonstante (skalar und positiv) ist die magnetische Permeabilität, die mit dem griechischen Buchstaben μ bezeichnet wird:
B. = μ H.
Im SI International System ist die magnetische Induktion B. wird in Tesla (T) gemessen, während die magnetische Feldstärke H. wird in Ampere über Meter (A / m) gemessen.
Angenommen μ muss dimensionale Homogenität in der Gleichung garantieren, die Einheit von μ im SI-System ist es:
[μ] = (Tesla ⋅ Meter) / Ampere = (T ⋅ m) / A.
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Mal sehen, wie Magnetfelder erzeugt werden, deren Absolutwerte wir bezeichnen B. Y. H., auf einer Spule oder einem Magneten. Von dort wird das Konzept der magnetischen Permeabilität des Vakuums eingeführt..
Der Magnet besteht aus einem spiralförmig gewickelten Leiter. Jede Umdrehung der Spirale heißt Wende. Wenn Strom fließt ich Durch den Magneten haben Sie dann einen Elektromagneten, der ein Magnetfeld erzeugt B..
Auch der Wert der magnetischen Induktion B. ist größer, soweit der Strom ich ist zu erhöhen. Und auch wenn die Windendichte zunimmt n (Nummer N. von Windungen zwischen Länge d Magnet).
Der andere Faktor, der den Wert des von einem Magneten erzeugten Magnetfelds beeinflusst, ist die magnetische Permeabilität μ des Materials, das sich im Inneren befindet. Schließlich ist die Größe des Feldes:
B = μ. i .n = μ. in einem)
Wie im vorherigen Abschnitt angegeben, ist die Magnetfeldstärke H. es ist:
H = i. (N / d)
Dieses Größenfeld H., das hängt nur vom zirkulierenden Strom und der Windungsdichte des Magneten ab, "durchdringt" das Material der magnetischen Permeabilität μ, Dadurch wird es magnetisiert.
Dann ein Gesamtfeld der Größe B., Dies hängt vom Material ab, das sich im Magneten befindet.
In ähnlicher Weise "durchdringt" das Feld H das Vakuum, wenn das Material innerhalb des Solenoids ein Vakuum ist, wodurch ein resultierendes Feld B erzeugt wird. Der Quotient zwischen dem Feld B. in der Leere und der H. Der vom Magneten erzeugte Wert definiert die Durchlässigkeit des Vakuums, dessen Wert ist:
μoder = 4π x 10-7 (T⋅m) / A.
Es stellt sich heraus, dass der vorherige Wert bis zum 20. Mai 2019 eine genaue Definition war. Ab diesem Datum wurde eine Überarbeitung des internationalen Systems vorgenommen, die dazu führt μoder experimentell gemessen werden.
Bisherige Messungen zeigen jedoch, dass dieser Wert äußerst genau ist..
Materialien haben eine charakteristische magnetische Permeabilität. Jetzt ist es möglich, die magnetische Permeabilität mit anderen Einheiten zu ermitteln. Nehmen wir zum Beispiel die Induktivitätseinheit Henry (H):
1H = 1 (T ≤ mzwei)/ZU.
Vergleicht man diese Einheit mit der zu Beginn angegebenen, so zeigt sich, dass es eine Ähnlichkeit gibt, obwohl der Unterschied der Quadratmeter ist, den Henry besitzt. Aus diesem Grund wird die magnetische Permeabilität als Induktivität pro Längeneinheit betrachtet:
[μ] = H / m.
Das magnetische Permeabilität μ ist eng verwandt mit einer anderen physikalischen Eigenschaft von Materialien, der so genannten magnetische Suszeptibilität χ, welches definiert ist als:
μ = μoder (1 + χ)
Im obigen Ausdruck μoder, ist der magnetische Durchlässigkeit des Vakuums.
Das magnetische Suszeptibilität χ ist die Proportionalität zwischen dem externen Feld H. und der Magnetisierung des Materials M..
Es ist sehr üblich, die magnetische Permeabilität in Bezug auf die Permeabilität des Vakuums auszudrücken. Es ist als relative Permeabilität bekannt und nichts anderes als der Quotient zwischen der Permeabilität des Materials und der des Vakuums.
Nach dieser Definition ist die relative Permeabilität ohne Einheit. Es ist jedoch ein nützliches Konzept, Materialien zu klassifizieren.
Zum Beispiel sind die Materialien ferromagnetisch, solange seine relative Permeabilität viel größer als die Einheit ist.
Ebenso Substanzen paramagnetisch haben eine relative Permeabilität knapp über 1.
Und schließlich haben diamagnetische Materialien relative Permeabilitäten knapp unterhalb der Einheit. Der Grund ist, dass sie so magnetisiert sind, dass sie ein Feld erzeugen, das dem externen Magnetfeld entgegengesetzt ist..
Es ist erwähnenswert, dass ferromagnetische Materialien ein als "Hysterese" bekanntes Phänomen darstellen, bei dem sie die zuvor angelegten Felder in Erinnerung behalten. Aufgrund dieser Eigenschaft können sie einen Permanentmagneten bilden.
Aufgrund des magnetischen Speichers ferromagnetischer Materialien waren die Speicher früher digitaler Computer kleine Ferrit-Toroide, die von Leitern durchquert wurden. Dort haben sie den Inhalt (1 oder 0) des Speichers gespeichert, extrahiert oder gelöscht.
Hier sind einige Materialien mit ihrer magnetischen Permeabilität in H / m und ihrer relativen Permeabilität in Klammern:
Eisen: 6,3 x 10-3 (5000)
Kobalt-Eisen: 2,3 x 10-zwei (18000)
Nickel-Eisen: 1,25 x 10-1 (100000)
Mangan-Zink: 2,5 x 10-zwei (20000)
Kohlenstoffstahl: 1,26 x 10-4 (100)
Neodym-Magnet: 1,32 x 10-5 (1,05)
Platin: 1,26 x 10-6 1.0003
Aluminium: 1,26 x 10-6 1.00002
Luft 1,256 x 10-6 (1.0000004)
Teflon 1,256 x 10-6 (1.00001)
Trockenes Holz 1,256 x 10-6 (1.0000003)
Kupfer 1,27 x 10-6 (0,999)
Reines Wasser 1,26 x 10-6 (0,999992)
Supraleiter: 0 (0)
Ein Blick auf die Werte in dieser Tabelle zeigt, dass es eine erste Gruppe mit magnetischer Permeabilität im Vergleich zu Vakuum mit hohen Werten gibt. Dies sind die ferromagnetischen Materialien, die sich sehr gut zur Herstellung von Elektromagneten zur Erzeugung großer Magnetfelder eignen.
Dann haben wir eine zweite Gruppe von Materialien mit einer relativen magnetischen Permeabilität knapp über 1. Dies sind die paramagnetischen Materialien..
Dann können Sie Materialien mit einer relativen magnetischen Permeabilität knapp unterhalb der Einheit sehen. Dies sind diamagnetische Materialien wie reines Wasser und Kupfer.
Endlich haben wir einen Supraleiter. Supraleiter haben eine magnetische Permeabilität von Null, da sie das Magnetfeld in ihnen vollständig ausschließen. Supraleiter sind nutzlos, um im Kern eines Elektromagneten verwendet zu werden.
Es werden jedoch häufig supraleitende Elektromagnete gebaut, aber der Supraleiter wird in der Wicklung verwendet, um sehr hohe elektrische Ströme zu erzeugen, die hohe Magnetfelder erzeugen..
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