النفاذية المغناطيسية تختلف عن بيئات مختلفةويعتمد على خصائصه ، لذلك من المعتاد التحدث عن النفاذية المغناطيسية لوسط معين (بمعنى تكوينه وحالته ودرجة حرارته وما إلى ذلك).

في حالة وجود وسط خواص متجانس ، فإن النفاذية المغناطيسية μ:

μ \ u003d ب / (μ س ح) ،

في البلورات متباينة الخواص ، تكون النفاذية المغناطيسية موترًا.

تنقسم معظم المواد إلى ثلاث فئات حسب قيمة النفاذية المغناطيسية:

• ديامغناطيس ( μ < 1 ),
• البارامغناطيس ( µ> 1 )
• المغناطيسات الحديدية (لها خصائص مغناطيسية أكثر وضوحًا ، مثل الحديد).

النفاذية المغناطيسية للموصلات الفائقة هي صفر.

النفاذية المغناطيسية المطلقة للهواء تساوي تقريبًا النفاذية المغناطيسية للفراغ وفي الحسابات الفنية تؤخذ على قدم المساواة 4π 10 -7 ح / م

μ = 1 + (بوحدات SI) ؛

μ = 1 + 4πχ (بوحدات CGS).

النفاذية المغناطيسية للفراغ المادي μ = 1 ، منذ χ = 0.

توضح النفاذية المغناطيسية عدد مرات النفاذية المغناطيسية المطلقة هذه المادةأكثر من الثابت المغناطيسي ، أي عدد مرات المجال المغناطيسي للتيارات الكبيرة حيتم تعزيزه من خلال مجال التيارات الدقيقة للوسيط. النفاذية المغناطيسية للهواء ومعظم المواد ، باستثناء المواد المغناطيسية ، قريبة من الوحدة.

تُستخدم عدة أنواع من النفاذية المغناطيسية في التقنية ، اعتمادًا على التطبيقات المحددة للمادة المغناطيسية. توضح النفاذية المغناطيسية النسبية عدد المرات في وسط معين لقوة التفاعل بين الأسلاك مع التغيرات الحالية مقارنة بالفراغ. يساوي عددًا نسبة النفاذية المغناطيسية المطلقة إلى الثابت المغناطيسي. النفاذية المغناطيسية المطلقة تساوي ناتج النفاذية المغناطيسية والثابت المغناطيسي.

بالنسبة للمغناطيسات القطنية ، χμχ> 0 و μ> 1. اعتمادًا على ما إذا كانت μ من المغناطيسات الحديدية تقاس في مجال مغناطيسي ثابت أو متناوب ، يُطلق عليها ، على التوالي ، نفاذية مغناطيسية ثابتة أو ديناميكية.

تعتمد النفاذية المغناطيسية للمغناطيسات الحديدية بطريقة معقدة على ح . من منحنى مغنطة المغناطيس الحديدي ، يمكن للمرء أن يبني اعتماد النفاذية المغناطيسية على ن.

النفاذية المغناطيسية ، التي تحددها الصيغة:

μ \ u003d ب / (μ س ح) ،

تسمى نفاذية مغناطيسية ثابتة.

يتناسب مع ظل منحدر القاطع المرسوم من الأصل من خلال النقطة المقابلة على منحنى المغنطة الرئيسي. القيمة المحددة للنفاذية المغناطيسية μ n عند التوتر حقل مغناطيسيالميل إلى الصفر يسمى النفاذية المغناطيسية الأولية. هذه الميزة لها أساسىفي الاستخدام التقني للعديد من المواد المغناطيسية. تجريبيًا ، يتم تحديده في مجالات مغناطيسية ضعيفة بقوة تصل إلى 0.1 A / م.

يتم تحديد المجال المغناطيسي للملف بواسطة التيار وشدة هذا المجال ، وتحريض المجال. أولئك. يتناسب تحريض المجال في الفراغ مع حجم التيار. إذا تم إنشاء مجال مغناطيسي في وسط أو مادة معينة ، فعندئذٍ يعمل الحقل على المادة ، وهو بدوره يغير المجال المغناطيسي بطريقة معينة.

تصبح مادة في مجال مغناطيسي خارجي ممغنطة وينشأ فيها مجال مغناطيسي داخلي إضافي. يرتبط بحركة الإلكترونات على طول المدارات داخل الذرة ، وكذلك حول محورها. يمكن اعتبار حركة الإلكترونات ونواة الذرات بمثابة تيارات دائرية أولية.

تتميز الخصائص المغناطيسية للتيار الدائري الأولي بعزم مغناطيسي.

في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي ، يتم توجيه التيارات الأولية داخل المادة بشكل عشوائي (بشكل عشوائي) ، وبالتالي ، فإن العزم المغناطيسي الكلي أو الكلي هو صفر ولا يتم اكتشاف المجال المغناطيسي للتيارات الداخلية الأولية في الفضاء المحيط.

إن تأثير المجال المغناطيسي الخارجي على التيارات الأولية في المادة هو أن اتجاه محاور دوران الجسيمات المشحونة يتغير بحيث تتحول لحظاتها المغناطيسية إلى اتجاه واحد. (نحو المجال المغناطيسي الخارجي). تختلف شدة وطبيعة المغنطة في المواد المختلفة في نفس المجال المغناطيسي الخارجي اختلافًا كبيرًا. تسمى القيمة التي تميز خصائص الوسط وتأثير الوسيط على كثافة المجال المغناطيسي بالمطلق النفاذية المغناطيسيةأو النفاذية المغناطيسية للوسط (μ من ) . هذه هي العلاقة =. تقاس [ μ من ] = ح / م.

تسمى النفاذية المغناطيسية المطلقة للفراغ بالثابت المغناطيسي μ حول \ u003d 4π 10-7 Gn / م.

تسمى نسبة النفاذية المغناطيسية المطلقة إلى الثابت المغناطيسي النفاذية المغناطيسية النسبيةμ ج / μ 0 \ u003d μ. أولئك. النفاذية المغناطيسية النسبية هي قيمة توضح عدد المرات التي تكون فيها النفاذية المغناطيسية المطلقة للوسط أكبر أو أقل من النفاذية المطلقة للفراغ. μ هي كمية غير أبعاد تختلف على مدى واسع. هذه القيمة هي الأساس لتقسيم جميع المواد والوسائط إلى ثلاث مجموعات.

دياماجنيتس . هذه المواد لها μ< 1. К ним относятся - медь, серебро, цинк, ртуть, свинец, сера, хлор, вода и др. Например, у меди μ Cu = 0,999995. Эти вещества слабо взаимодействуют с магнитом.

باراماجنيتس . تحتوي هذه المواد على μ> 1. وتشمل الألومنيوم ، والمغنيسيوم ، والقصدير ، والبلاتين ، والمنغنيز ، والأكسجين ، والهواء ، إلخ. الهواء = 1.0000031. . تتفاعل هذه المواد ، وكذلك المغناطيسات ، بشكل ضعيف مع المغناطيس.

بالنسبة للحسابات الفنية ، يُفترض أن تساوي μ للأجسام النحاسية والمغناطيسية واحدًا.

المغناطيسات الحديدية . هذه مجموعة خاصة من المواد تلعب دورًا كبيرًا في الهندسة الكهربائية. تحتوي هذه المواد على μ >> 1. وتشمل هذه المواد الحديد والصلب والحديد الزهر والنيكل والكوبالت والجادولينيوم والسبائك المعدنية. تنجذب هذه المواد بقوة إلى المغناطيس. بالنسبة لهذه المواد ، μ = 600-10000. بالنسبة لبعض السبائك ، تصل μ إلى قيم قياسية تصل إلى 100000. وتجدر الإشارة إلى أن μ للمواد المغناطيسية ليست ثابتة وتعتمد على شدة المجال المغناطيسي ونوع المادة ودرجة الحرارة.

يتم تفسير القيمة الكبيرة لـ µ في ​​المغناطيسات الحديدية من خلال حقيقة أن لديهم مناطق مغنطة تلقائية (مجالات) ، يتم من خلالها توجيه اللحظات المغناطيسية الأولية بنفس الطريقة. عند إضافتها معًا ، فإنها تشكل اللحظات المغناطيسية المشتركة للمجالات.

في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي ، يتم توجيه اللحظات المغناطيسية للمجالات بشكل عشوائي وإجمالي لحظة جاذبةالجسم أو المادة صفر. تحت تأثير مجال خارجي ، يتم توجيه اللحظات المغناطيسية للمجالات في اتجاه واحد وتشكل العزم المغناطيسي الكلي للجسم ، موجهًا في نفس اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي.

تُستخدم هذه الميزة المهمة في الممارسة العملية ، باستخدام النوى المغناطيسية الحديدية في الملفات ، مما يجعل من الممكن زيادة الحث المغناطيسي والتدفق المغناطيسي بشكل حاد بنفس قيم التيارات وعدد الدورات ، أو بعبارة أخرى ، لتركيز مجال مغناطيسي بحجم صغير نسبيًا.

الخواص المغناطيسية للمواد

مثلما تتميز الخواص الكهربائية لمادة ما بثابت العزل الكهربائي ، فإن الخواص المغناطيسية للمادة تتميز بـ النفاذية المغناطيسية.

نظرًا لحقيقة أن جميع المواد في المجال المغناطيسي تخلق مجالًا مغناطيسيًا خاصًا بها ، يختلف ناقل الحث المغناطيسي في وسط متجانس عن المتجه في نفس النقطة في الفضاء في حالة عدم وجود وسيط ، أي في الفراغ.

تسمى العلاقة النفاذية المغناطيسية للوسط.

لذلك ، في وسط متجانس ، الحث المغناطيسي يساوي:

قيمة م للحديد كبيرة جدا. يمكن التحقق من ذلك من خلال التجربة. إذا تم إدخال قلب حديدي في ملف طويل ، فإن الحث المغناطيسي ، وفقًا للصيغة (12.1) ، سيزيد عدد المرات. وبالتالي ، فإن تدفق الحث المغناطيسي سيزداد بنفس المقدار. عندما يتم فتح الدائرة التي تغذي الملف الممغنط بتيار مباشر ، يظهر تيار تحريضي في الملف الثاني الصغير الملفوف فوق الملف الرئيسي ، والذي يتم تسجيله بواسطة مقياس الجلفانومتر (الشكل 12.1).

إذا تم إدخال قلب حديدي في الملف ، فسيكون انحراف إبرة الجلفانومتر عند فتح الدائرة أكبر بمرات. تظهر القياسات أن التدفق المغناطيسي عند إدخال لب الحديد في الملف يمكن أن يزيد آلاف المرات. لذلك ، فإن النفاذية المغناطيسية للحديد هائلة.

هناك ثلاث فئات رئيسية من المواد ذات الخصائص المغناطيسية المختلفة بشكل حاد: المغناطيسات الحديدية ، والمغناطيسات المغناطيسية ، والمغناطيسات القطنية.

المغناطيسات الحديدية

المواد التي ، مثل الحديد ، م >> 1 ، تسمى المغناطيسات الحديدية. بالإضافة إلى الحديد والكوبالت والنيكل ، بالإضافة إلى عدد من العناصر الأرضية النادرة والعديد من السبائك ، فهي عبارة عن مغناطيسات حديدية. أهم عقارالمغناطيسات الحديدية - وجود المغناطيسية المتبقية فيها. يمكن أن تكون المادة المغناطيسية في حالة ممغنطة بدون مجال مغنط خارجي.

من المعروف أن الجسم الحديدي (على سبيل المثال ، قضيب) يتم سحبه إلى مجال مغناطيسي ، أي أنه يتحرك إلى منطقة يكون فيها الحث المغناطيسي أكبر. وفقًا لذلك ، ينجذب إلى مغناطيس أو مغناطيس كهربائي. يحدث هذا لأن التيارات الأولية في الحديد موجهة بطريقة يتزامن فيها اتجاه الحث المغناطيسي لمجالها مع اتجاه تحريض المجال المغنطيسي. نتيجة لذلك ، يتحول القضيب الحديدي إلى مغناطيس ، أقرب قطب له هو عكس قطب المغناطيس الكهربائي. تنجذب أقطاب المغناطيس المتقابلة (الشكل 12.2).

أرز. 12.2

قف! قرر بنفسك: A1-A3 ، B1 ، B3.

باراماجنيتس

هناك مواد تتصرف مثل الحديد ، أي يتم سحبها إلى مجال مغناطيسي. هذه المواد تسمى شبه مغناطيسي. وتشمل هذه بعض المعادن (الألومنيوم ، والصوديوم ، والبوتاسيوم ، والمنغنيز ، والبلاتين ، وما إلى ذلك) ، والأكسجين والعديد من العناصر الأخرى ، بالإضافة إلى العديد من المحاليل المنحل بالكهرباء.

بما أن المغناطيسات البارامترية تُسحب إلى المجال ، فإن خطوط تحريض المجال المغناطيسي الذي أنشأته والحقل الممغنط يتم توجيهها بنفس الطريقة ، لذلك يتم تضخيم المجال. وبالتالي ، لديهم م> 1. لكن م يختلف عن الوحدة قليلاً جدًا ، فقط بقيمة من 10 -5 ... 10 -6. لذلك ، هناك حاجة إلى مجالات مغناطيسية قوية لمراقبة الظواهر المغنطيسية.

دياماجنيتس

فئة خاصة من المواد الماساكتشفه فاراداي. يتم دفعها خارج المجال المغناطيسي. إذا علقت قضيبًا مغناطيسيًا بالقرب من عمود مغناطيس كهربائي قوي ، فسوف يتنافر عنه. وبالتالي ، يتم توجيه خطوط تحريض المجال الذي أنشأه عكس خطوط تحريض المجال المغنطيسي ، أي ضعف المجال (الشكل 12.3). وفقًا لذلك ، بالنسبة للمغناطيسات المغناطيسية m< 1, причем отличается от единицы на вели­чину порядка 10 –6 . Магнитные свойства у диамагнетиков вы­ражены слабее, чем у парамагнетиков.

أرز. 12.3

أرز. 12.4

تشمل Diamagnets البزموت والنحاس والكبريت والزئبق والكلور والغازات الخاملة وجميع المركبات العضوية تقريبًا. يكون اللهب مغناطيسيًا مغناطيسيًا ، مثل لهب الشمعة (ويرجع ذلك أساسًا إلى نشبع). لذلك ، يتم دفع اللهب خارج المجال المغناطيسي (الشكل 12.4) .

من سنوات عديدة من الممارسة الفنية ، نعلم أن تحريض الملف يعتمد بشكل كبير على خصائص البيئة التي يوجد فيها هذا الملف. إذا تمت إضافة قلب مغناطيسي مغناطيسي إلى ملف سلك نحاسي مع محاثة معروفة L0 ، ففي ظل ظروف سابقة أخرى ، ستزداد تيارات الحث الذاتي (التيارات الإضافية للإغلاق والفتح) في هذا الملف عدة مرات ، ستؤكد التجربة ذلك ، مما يعني أنه قد زاد عدة مرات ، والذي أصبح الآن يساوي L.

الملاحظة التجريبية

لنفترض أن البيئة ، المادة التي تملأ الفراغ داخل وحول الملف الموصوف ، متجانسة ، وتولدها التيار المتدفق عبر سلكها ، موضعية فقط في هذه المنطقة المحددة ، دون تجاوز حدودها.

إذا كان الملف ذو شكل حلقي ، شكل حلقة مغلقة ، فإن هذا الوسط ، مع الحقل ، سوف يتركزان فقط داخل حجم الملف ، لأن المجال المغناطيسي يكاد يكون غائبًا تمامًا خارج الحلقي. هذا الموضع صالح أيضًا لملف طويل - ملف لولبي ، فيه كل شيء خطوط مغناطيسيةتتركز أيضًا في الداخل - على طول المحور.

على سبيل المثال ، لنفترض أن تحريض بعض الدوائر أو الملف بدون قلب في الفراغ هو L0. ثم لنفس الملف ، ولكن بالفعل في مادة متجانسة تملأ الفراغ حيث يوجد مغناطيسي خطوط القوةبالنظر إلى الملف ، دع المحاثة تساوي L. في هذه الحالة ، اتضح أن النسبة L / L0 ليست أكثر من النفاذية المغناطيسية النسبية للمادة المحددة (أحيانًا يقولون ببساطة "النفاذية المغناطيسية").

يصبح واضحًا: النفاذية المغناطيسية هي القيمة التي تميز الخصائص المغناطيسية لمادة معينة.غالبًا ما يعتمد على حالة المادة (وعلى الظروف بيئةمثل درجة الحرارة والضغط مثلا) ومن نوعه.

فهم المصطلح

يشبه إدخال مصطلح "النفاذية المغناطيسية" ، فيما يتعلق بمادة موضوعة في مجال مغناطيسي ، إدخال مصطلح "ثابت العزل" لمادة موجودة في مجال كهربائي.

يمكن أيضًا التعبير عن قيمة النفاذية المغناطيسية ، التي تحددها الصيغة أعلاه L / L0 ، كنسبة النفاذية المغناطيسية المطلقة لمادة معينة والفراغ المطلق (الفراغ).

من السهل أن ترى: النفاذية المغناطيسية النسبية (وهي أيضًا نفاذية مغناطيسية) هي كمية غير أبعاد. لكن النفاذية المغناطيسية المطلقة - لها أبعاد Gn / m ، وهي نفس أبعاد النفاذية المغناطيسية (المطلقة!) للفراغ (وهي أيضًا ثابتة مغناطيسية).

في الواقع ، نرى أن الوسط (المغناطيس) يؤثر على محاثة الدائرة ، وهذا يشير بوضوح إلى أن التغيير في الوسط يؤدي إلى تغيير الفيض المغناطيسي F ، اختراق الدائرة ، وبالتالي التغيير في الحث B ، فيما يتعلق بأي نقطة من المجال المغناطيسي.

المعنى المادي لهذه الملاحظة هو أنه مع نفس تيار الملف (بنفس الشدة المغناطيسية H) ، سيكون تحريض مجاله المغناطيسي أكبر عددًا معينًا من المرات (في بعض الحالات أقل) في مادة ذات نفاذية مغناطيسية mu من الفراغ الكامل.

هذا بسبب ، ويبدأ في نفسه مجال مغناطيسي. المواد التي يمكن مغنطتها بهذه الطريقة تسمى المغناطيس.

وحدة قياس النفاذية المغناطيسية المطلقة هي 1 Gn / m (هنري لكل متر أو نيوتن لكل أمبير مربع) ، أي أنها النفاذية المغناطيسية لمثل هذا الوسط ، حيث ، عند مجال مغناطيسي H تساوي 1 A / م ، يحدث تحريض مغناطيسي قدره 1 ت.

الصورة المادية للظاهرة

مما سبق يتضح أن مواد مختلفة(المغناطيس) تحت تأثير المجال المغناطيسي للدائرة مع التيار ممغنط ، ونتيجة لذلك ، يتم الحصول على مجال مغناطيسي ، وهو مجموع المجالات المغناطيسية - المجال المغناطيسي من الوسط الممغنط زائد من الدائرة مع التيار ، لذلك فهو يختلف في الحجم عن مجال الدائرة فقط مع التيار بدون وسيط. يكمن سبب مغنطة المغناطيس في وجود تيارات أصغر داخل كل ذرة من ذراتها.

وفقًا لقيمة النفاذية المغناطيسية ، يتم تصنيف المواد إلى مغناطيسات مغناطيسية (أقل من واحدة - فهي ممغنطة مقابل المجال المطبق) ، والمغناطيسات البارامية ( أكثر من واحد- ممغنطة في اتجاه المجال المطبق) والمغناطيسات الحديدية (أكثر بكثير من الوحدة - ممغنطة ولها مغنطة بعد إيقاف تشغيل المجال المغناطيسي المطبق).

إنها خاصية مميزة للمغناطيسات الحديدية ، وبالتالي فإن مفهوم "النفاذية المغناطيسية" في شكلها النقي لا ينطبق على المغناطيسات الحديدية ، ولكن في نطاق معين من المغنطة ، في بعض التقريب ، من الممكن التمييز بين قسم خطي من منحنى التمغنط ، من أجل والتي سيكون من الممكن تقدير النفاذية المغناطيسية.

الموصلات الفائقة لها نفاذية مغناطيسية تبلغ 0 (لأن المجال المغناطيسي ينزاح تمامًا من حجمها) ، والنفاذية المغناطيسية المطلقة للهواء تكاد تكون مساوية للفراغ mu (اقرأ الثابت المغناطيسي). بالنسبة للهواء ، يكون mu أكثر بقليل من 1.