A mágneses áteresztőképesség eltérő különböző környezetekbenés tulajdonságaitól függ, ezért egy adott közeg mágneses permeabilitásáról szokás beszélni (értsd: összetétele, állapota, hőmérséklete stb.).

Homogén izotróp közeg esetén a mágneses permeabilitás μ:

μ = V/(μ o N),

Az anizotróp kristályokban a mágneses permeabilitás tenzor.

A legtöbb anyagot mágneses permeabilitása szerint három osztályba sorolják:

• diamágneses anyagok ( μ < 1 ),
• paramágnesek ( μ > 1 )
• ferromágnesek (kifejezettebb mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például a vas).

A szupravezetők mágneses permeabilitása nulla.

A levegő abszolút mágneses permeabilitása megközelítőleg megegyezik a vákuum mágneses permeabilitásával, és a műszaki számításokban egyenlőnek vesszük 4π 10 -7 Gn/m

μ = 1 + χ (SI-egységben);

μ = 1 + 4πχ (GHS egységekben).

A fizikai vákuum mágneses permeabilitása μ =1, mivel χ=0.

A mágneses permeabilitás azt mutatja meg, hogy az abszolút mágneses permeabilitás hányszorosa ebből az anyagból nagyobb, mint a mágneses állandó, azaz a makroáramok mágneses tere hányszorosa N erősíti a környezetben lévő mikroáramok mezője. A levegő és a legtöbb anyag mágneses permeabilitása – a ferromágneses anyagok kivételével – közel egységet mutat.

A technológiában a mágneses permeabilitás többféle típusát alkalmazzák, a mágneses anyag konkrét felhasználási területeitől függően. A relatív mágneses permeabilitás azt mutatja meg, hogy adott közegben hányszor változik meg a vezetékek közötti kölcsönhatás ereje az árammal a vákuumhoz képest. Számszerűen megegyezik az abszolút mágneses permeabilitás és a mágneses állandó arányával. Az abszolút mágneses permeabilitás egyenlő a mágneses permeabilitás és a mágneses állandó szorzatával.

A diamágnesek χμχ>0 és μ > 1. Attól függően, hogy a ferromágnesek μ-ét statikus vagy váltakozó mágneses térben mérjük, statikus vagy dinamikus mágneses permeabilitásnak nevezzük.

A ferromágnesek mágneses permeabilitása összetett módon függ attól N . A ferromágnes mágnesezettségi görbéjéből meg lehet alkotni a mágneses permeabilitás függőségét N.

Mágneses permeabilitás, a képlet határozza meg:

μ = V/(μ o N),

statikus mágneses permeabilitásnak nevezzük.

Ez arányos az origótól a fő mágnesezési görbe megfelelő pontján keresztül húzott szekáns szög érintőjével. A mágneses permeabilitás határértéke μ n feszültségnél mágneses mező nullára hajló kezdeti mágneses permeabilitásnak nevezzük. Ez a tulajdonság rendelkezik létfontosságú számos mágneses anyag műszaki felhasználása során. Kísérletileg 0,1 A/m nagyságrendű erősségű, gyenge mágneses térben határozzák meg.

A tekercs mágneses terét az áramerősség és a mező erőssége, valamint a térindukció határozza meg. Azok. A térindukció vákuumban arányos az áram nagyságával. Ha egy bizonyos környezetben vagy anyagban mágneses mező jön létre, akkor a mező hatással van az anyagra, és az viszont bizonyos módon megváltoztatja a mágneses teret.

Egy külső mágneses térben elhelyezkedő anyagot mágneseznek, és egy további belső mágneses tér jelenik meg benne. Összefügg az elektronok mozgásával az atomon belüli pályákon, valamint a saját tengelyük körül. Az elektronok és az atommagok mozgása elemi köráramnak tekinthető.

Mágneses tulajdonságok az elemi köráramot mágneses momentum jellemzi.

Külső mágneses tér hiányában az anyagon belüli elemi áramok véletlenszerűen (kaotikusan) orientálódnak, ezért a teljes vagy a teljes mágneses momentum nulla, és az elemi belső áramok mágneses tere nem érzékelhető a környező térben.

A külső mágneses tér hatása az anyag elemi áramaira az, hogy a töltött részecskék forgástengelyeinek orientációja úgy változik, hogy mágneses momentumaik egy irányba irányulnak. (a külső mágneses tér felé). A különböző anyagok mágnesezettségének intenzitása és jellege ugyanabban a külső mágneses térben jelentősen eltér egymástól. Abszolútnak nevezzük azt a mennyiséget, amely a közeg tulajdonságait és a közeg mágneses térsűrűségre gyakorolt ​​hatását jellemzi mágneses permeabilitás vagy a közeg mágneses permeabilitása (μ Val vel ) . Ez az = reláció. Mért [ μ Val vel ]=Gn/m.

A vákuum abszolút mágneses permeabilitását mágneses állandónak nevezzük μ O =4π 10 -7 H/m.

Az abszolút mágneses permeabilitás és a mágneses állandó arányát ún relatív mágneses permeabilitásμ c /μ 0 =μ. Azok. A relatív mágneses permeabilitás egy olyan érték, amely megmutatja, hogy a közeg abszolút mágneses permeabilitása hányszorosa nagyobb vagy kisebb, mint a vákuum abszolút permeabilitása. μ egy dimenzió nélküli mennyiség, amely széles tartományban változik. Ez az érték képezi az alapja annak, hogy minden anyagot és médiát három csoportra osztunk.

Diamágnesek . Ezek az anyagok 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.

Paramágnesek . Ezek az anyagok μ > 1. Ide tartozik az alumínium, magnézium, ón, platina, mangán, oxigén, levegő stb. Levegő = 1,0000031. . Ezek az anyagok a diamágneses anyagokhoz hasonlóan gyengén kölcsönhatásba lépnek a mágnessel.

A műszaki számításokhoz a diamágneses és paramágneses testek μ-ét egységnyinek tekintjük.

Ferromágnesek . Ez az anyagok egy speciális csoportja, amely óriási szerepet játszik az elektrotechnikában. Ezek az anyagok μ >> 1. Ide tartozik a vas, acél, öntöttvas, nikkel, kobalt, gadolínium és fémötvözetek. Ezeket az anyagokat erősen vonzza a mágnes. Ezeknél az anyagoknál μ = 600-10 000. Egyes ötvözetek esetében a μ eléri a 100 000-es rekordértékeket. Meg kell jegyezni, hogy a ferromágneses anyagok μ értéke nem állandó, és a mágneses térerősségtől, az anyag típusától és a hőmérséklettől függ. .

A ferromágnesekben a µ nagy értékét az magyarázza, hogy spontán mágnesezettségű régiókat (tartományokat) tartalmaznak, amelyeken belül az elemi mágneses momentumok ugyanúgy irányulnak. Összecsukva a tartományok közös mágneses momentumait alkotják.

Mágneses tér hiányában a tartományok mágneses momentumai véletlenszerűen orientáltak és az összesített mágneses momentum test vagy anyag nulla. Külső tér hatására a tartományok mágneses momentumai egy irányba orientálódnak, és a test közös mágneses momentumát alkotják, amely a külső mágneses térrel azonos irányba irányul.

Ezt a fontos tulajdonságot a gyakorlatban a ferromágneses magok tekercsekben történő felhasználásával használják, ami lehetővé teszi a mágneses indukció és a mágneses fluxus élesen növelését azonos áramértékek és fordulatszám mellett, vagy más szóval a mágneses mező koncentrálását viszonylag kis kötet.

Az anyagok mágneses tulajdonságai

Ahogy egy anyag elektromos tulajdonságait a dielektromos állandó jellemzi, az anyagok mágneses tulajdonságait a mágneses permeabilitás.

Tekintettel arra, hogy a mágneses térben elhelyezkedő összes anyag saját mágneses teret hoz létre, a mágneses indukciós vektor egy homogén közegben eltér a térnek ugyanabban a pontjában lévő vektortól közeg hiányában, azaz vákuumban.

A kapcsolatot úgy hívják a közeg mágneses permeabilitása.

Tehát homogén közegben a mágneses indukció egyenlő:

A vas m értéke nagyon nagy. Ez tapasztalattal igazolható. Ha vasmagot helyezünk egy hosszú tekercsbe, akkor a mágneses indukció a (12.1) képlet szerint m-szeresére nő. Következésképpen a mágneses indukció fluxusa ugyanekkora mértékben növekszik. A mágnesező tekercset egyenárammal tápláló áramkör nyitásakor a második, a fő tetejére tekercselt kis tekercsben indukciós áram jelenik meg, amelyet galvanométer rögzít (12.1. ábra).

Ha vasmagot helyezünk a tekercsbe, akkor a galvanométer tűjének elhajlása az áramkör nyitásakor m-szer nagyobb lesz. A mérések azt mutatják, hogy a mágneses fluxus több ezerszeresére nőhet, ha vasmagot vezetünk a tekercsbe. Következésképpen a vas mágneses permeabilitása óriási.

Az erősen eltérő mágneses tulajdonságokkal rendelkező anyagok három fő osztálya létezik: ferromágnesek, paramágnesek és diamágneses anyagok.

Ferromágnesek

Azokat az anyagokat, amelyeknél a vashoz hasonlóan m >> 1, ferromágneseknek nevezzük. A vas mellett ferromágneses a kobalt és a nikkel, valamint számos ritkaföldfém elem és sok ötvözet. A legfontosabb tulajdonság ferromágnesek - a maradék mágnesesség megléte bennük. Egy ferromágneses anyag lehet mágnesezett állapotban külső mágnesező tér nélkül.

Egy vastárgy (például egy rúd), mint ismeretes, mágneses térbe kerül, vagyis olyan területre mozog, ahol nagyobb a mágneses indukció. Ennek megfelelően mágneshez vagy elektromágneshez vonzódik. Ez azért történik, mert a vasban az elemi áramok úgy vannak orientálva, hogy mezőjük mágneses indukciójának iránya egybeesik a mágnesező tér indukciójának irányával. Ennek eredményeként a vasrúd mágnessé változik, amelynek legközelebbi pólusa az elektromágnes pólusával ellentétes. A mágnesek ellentétes pólusai vonzzák egymást (12.2. ábra).

Rizs. 12.2

ÁLLJ MEG! Döntse el Ön: A1–A3, B1, B3.

Paramágnesek

Vannak olyan anyagok, amelyek úgy viselkednek, mint a vas, vagyis mágneses térbe kerülnek. Ezeket az anyagokat ún paramágneses. Ide tartozik néhány fém (alumínium, nátrium, kálium, mangán, platina stb.), oxigén és sok más elem, valamint különféle elektrolit oldatok.

Mivel a paramágnesek behúzódnak a mezőbe, az általuk létrehozott saját mágneses tér és a mágnesező tér indukciós vonalai ugyanúgy irányulnak, így a tér erősödik. Így m > 1. Az m azonban rendkívül csekély mértékben, csak 10 –5 ...10 –6 nagyságrendű mértékben tér el az egységtől. Ezért a paramágneses jelenségek megfigyeléséhez erős mágneses mezőkre van szükség.

Diamágnesek

Az anyagok egy speciális osztálya diamágneses anyagok, fedezte fel Faraday. Kiszorulnak a mágneses térből. Ha egy erős elektromágnes pólusához akasztunk egy diamágneses rudat, akkor az kilökődik róla. Következésképpen az általa létrehozott tér indukciós vonalai a mágnesező tér indukciós vonalaival szemben irányulnak, azaz a mező gyengül (12.3. ábra). Ennek megfelelően a diamágneses anyagoknál m< 1, причем отличается от единицы на вели­чину порядка 10 –6 . Магнитные свойства у диамагнетиков вы­ражены слабее, чем у парамагнетиков.

Rizs. 12.3

Rizs. 12.4

A diamágnesek közé tartozik a bizmut, a réz, a kén, a higany, a klór, az inert gázok és szinte minden szerves vegyület. A láng diamágneses, mint például a gyertyaláng (főleg a szén-dioxid). Ezért a láng kiszorul a mágneses térből (12.4. ábra) .

Sok éves műszaki gyakorlatból tudjuk, hogy a tekercs induktivitása erősen függ a környezet jellemzőitől, ahol a tekercs található. Ha egy ismert L0 induktivitású rézhuzal tekercséhez ferromágneses magot adunk, akkor más korábbi körülmények között ebben a tekercsben az önindukciós áramok (záró- és nyitási többletáramok) sokszorosára növekednek, ezt a kísérlet igazolja. , ami többszörös növekedést jelent, ami most egyenlő lesz L-vel.

Kísérleti megfigyelés

Tételezzük fel, hogy a környezet, a leírt tekercsen belül és körülötte teret kitöltő anyag homogén, és a vezetékén átfolyó áram által generált anyag csak ezen a kijelölt területen lokalizálódik, anélkül, hogy annak határait túllépné.

Ha a tekercs toroid alakú, zárt gyűrű alakú, akkor ez a közeg a mezővel együtt csak a tekercs térfogatán belül koncentrálódik, mivel a toroidon kívül szinte teljesen nincs mágneses tér. Ez a pozíció egy hosszú tekercsre is igaz - egy mágnesszelepre, amelyben minden mágneses vonalak belül is koncentrálódnak - a tengely mentén.

Tegyük fel például, hogy egy bizonyos mag nélküli áramkör vagy tekercs induktivitása vákuumban egyenlő L0-val. Akkor ugyanarra a tekercsre, de egy homogén anyagban, amely kitölti azt a teret, ahol mágneses mezők vannak távvezetékek egy adott tekercs induktivitása legyen egyenlő L. Ebben az esetben kiderül, hogy az L/L0 arány nem más, mint a nevezett anyag relatív mágneses permeabilitása (néha egyszerűen csak „mágneses permeabilitás”).

Nyilvánvalóvá válik: A mágneses permeabilitás egy olyan mennyiség, amely egy adott anyag mágneses tulajdonságait jellemzi. Ez gyakran az anyag állapotától (és a körülményektől) függ környezet, mint például a hőmérséklet és a nyomás) és típusa.

A kifejezés megértése

A „mágneses permeabilitás” kifejezés bevezetése a mágneses térbe helyezett anyaggal kapcsolatban hasonló a „dielektromos állandó” kifejezés bevezetéséhez az elektromos térben elhelyezkedő anyagokra.

A fenti L/L0 képlettel meghatározott mágneses permeabilitás értéke egy adott anyag abszolút mágneses permeabilitásának és abszolút ürességének (vákuum) arányában is kifejezhető.

Könnyen észrevehető: a relatív mágneses permeabilitás (más néven mágneses permeabilitás) dimenzió nélküli mennyiség. De az abszolút mágneses permeabilitás H/m dimenzióval rendelkezik, megegyezik a vákuum mágneses permeabilitásával (abszolút!) (ez egyben a mágneses állandó is).

Valójában azt látjuk, hogy a közeg (mágnes) befolyásolja az áramkör induktivitását, és ez egyértelműen azt jelzi, hogy a közeg változása változáshoz vezet. mágneses fluxusФ, amely behatol az áramkörbe, és ezáltal a B indukció változására, amelyet a mágneses tér bármely pontjára alkalmaznak.

Ennek a megfigyelésnek az a fizikai jelentése, hogy azonos tekercsáram mellett (azonos H mágneses intenzitás mellett) a mágneses mezejének indukciója bizonyos számúszor nagyobb (bizonyos esetekben kisebb) lesz egy mu mágneses permeabilitással rendelkező anyagban, mint teljes légüres térben.

Ez azért történik, mert , és maga kezd mágneses mezővel rendelkezni. Az ilyen módon mágnesezhető anyagokat mágneseknek nevezzük.

Az abszolút mágneses permeabilitás mértékegysége 1 GN/m (Henry per méter vagy Newton per amper négyzet), vagyis ez egy olyan közeg mágneses permeabilitása, ahol 1 A/m H mágneses térerősség mellett 1 T mágneses indukció lép fel.

A jelenség fizikai képe

A fentiekből kiderül, hogy különféle anyagok(mágnesek) mágneses tér hatására az árammal rendelkező áramkörök mágneseződnek, és az eredmény egy mágneses mező, ami a mágneses mezők összege - a mágnesezett közegből származó mágneses tér plusz az áramkörből, ezért nagyságrendjében különbözik csak a közeg nélküli áramkör mezőjétől. A mágnesek felmágnesezésének oka abban rejlik, hogy minden atomjukban apró áramok vannak.

A mágneses permeabilitás értéke szerint az anyagokat diamágneses (egységnél kisebb - az alkalmazott térrel szemben mágnesezett), paramágneses ( több mint egy- az alkalmazott tér irányában mágnesezett) és ferromágnesek (sokkal nagyobb, mint az egység - mágnesezettek, és az alkalmazott mágneses tér kikapcsolása után mágnesezettek).

A ferromágnesekre jellemző, ezért a „mágneses permeabilitás” fogalma tiszta formájában nem alkalmazható a ferromágnesekre, de bizonyos mágnesezési tartományban, bizonyos közelítéssel azonosítható a mágnesezési görbe olyan lineáris szakasza, amelyre a mágneses permeabilitás becslése lesz lehetséges.

A szupravezetők mágneses permeabilitása 0 (mivel a mágneses tér teljesen kiszorul a térfogatukból), a levegő abszolút mágneses permeabilitása pedig majdnem megegyezik a vákuum mu-jával (mágneses állandóval). Levegő esetében a relatív mu valamivel nagyobb, mint 1.