Jump to content

Проницаемость (электромагнетизм)

(Перенаправлено из раздела «Относительная магнитная проницаемость »)

В электромагнетизме возникающего проницаемость является мерой намагничивания, в материале в ответ на приложенное магнитное поле . Проницаемость обычно обозначается греческой буквой μ (выделенной курсивом) . Это отношение магнитной индукции к намагничивающему полю как функция поля в материале. Этот термин был придуман Уильямом Томсоном, 1-м бароном Кельвином в 1872 году. [1] и использовался наряду с диэлектрической проницаемостью Оливером Хевисайдом в 1885 году. Обратной величиной проницаемости является магнитное сопротивление .

В единицах СИ проницаемость измеряется в генри на метр (Г/м) или, что эквивалентно, в ньютонах на ампер в квадрате (Н/Д 2 ). Константа проницаемости µ 0 , также известная как магнитная постоянная или проницаемость свободного пространства, представляет собой пропорциональность между магнитной индукцией и силой намагничивания при формировании магнитного поля в классическом вакууме .

Тесно связанным свойством материалов является магнитная восприимчивость , которая представляет собой безразмерный коэффициент пропорциональности, указывающий степень намагничивания материала в ответ на приложенное магнитное поле.

Объяснение

[ редактировать ]

В макроскопической формулировке электромагнетизма появляются два различных вида магнитного поля :

Понятие проницаемости возникает, поскольку во многих материалах (и в вакууме) существует простая связь между H и B в любом месте и в любое время, поскольку два поля точно пропорциональны друг другу: [2]

,

где коэффициент пропорциональности ц — проницаемость, зависящая от материала. Проницаемость вакуума (также известная как проницаемость свободного пространства) представляет собой физическую константу, обозначаемую μ 0 . Единицы СИ для μ — это вольт-секунды/амперметр, что эквивалентно генри /метр. Обычно ц является скаляром, но для анизотропного материала ц второго ранга может быть тензором .

материалов (таких как железо или постоянные магниты ) обычно нет простой взаимосвязи между H и B. Однако внутри сильных магнитных Тогда концепция проницаемости бессмысленна или, по крайней мере, применима только к особым случаям, таким как ненасыщенные магнитные сердечники . Эти материалы не только обладают нелинейным магнитным поведением, но часто имеют значительный магнитный гистерезис нет даже однозначной функциональной зависимости , поэтому между B и H . Однако, начиная с заданных значений B и H и слегка изменяя поля, все же можно определить дополнительную проницаемость как: [2]

.

предполагая, что B и H параллельны.

В микроскопической формулировке электромагнетизма , где нет понятия поля H , проницаемость вакуума µ 0 появляется непосредственно (в уравнениях С.И. Максвелла) как фактор, связывающий полные электрические токи и изменяющиеся во времени электрические поля с полем B , которое они генерировать. Чтобы представить магнитный отклик линейного материала с проницаемостью μ , он вместо этого выглядит как намагниченность M , возникающая в ответ на поле B : . Намагниченность, в свою очередь, является вкладом в общий электрический ток — ток намагничивания .

Относительная проницаемость и магнитная восприимчивость

[ редактировать ]

Относительная проницаемость, обозначается символом , – отношение проницаемости конкретной среды к проницаемости свободного пространства µ 0 :

где 4 10 х −7 H/m — магнитная проницаемость свободного пространства . [3] с точки зрения относительной проницаемости Магнитная восприимчивость равна

Число χ m безразмерная величина , иногда называемая объемной или объемной восприимчивостью, чтобы отличить ее от χ p ( магнитная масса или удельная восприимчивость) и χ M ( молярная или молярная массовая восприимчивость).

Диамагнетизм

[ редактировать ]

Диамагнетизм — это свойство объекта, которое заставляет его создавать магнитное поле, противоположное внешнему магнитному полю, вызывая тем самым эффект отталкивания. В частности, внешнее магнитное поле изменяет орбитальную скорость электронов вокруг ядер их атомов, изменяя тем самым магнитный дипольный момент в направлении, противоположном внешнему полю. Диамагнетиками называют материалы с магнитной проницаемостью менее µ 0 (относительная проницаемость менее 1).

Следовательно, диамагнетизм — это форма магнетизма , которую вещество проявляет только в присутствии внешнего магнитного поля. Обычно это довольно слабый эффект для большинства материалов, хотя сверхпроводники проявляют сильный эффект.

Парамагнетизм

[ редактировать ]

Парамагнетизм — это форма магнетизма , которая возникает только в присутствии внешнего магнитного поля. Парамагнетики притягиваются к магнитным полям и, следовательно, имеют относительную магнитную проницаемость больше единицы (или, что то же самое, положительную магнитную восприимчивость ).

Магнитный момент, индуцированный приложенным полем , линейен по напряженности поля и довольно слаб . Обычно для обнаружения эффекта требуются чувствительные аналитические весы. В отличие от ферромагнетиков , парамагнетики не сохраняют никакой намагниченности в отсутствие внешнего магнитного поля, поскольку тепловое движение заставляет спины ориентироваться случайным образом без него . Таким образом, общая намагниченность упадет до нуля, когда приложенное поле будет удалено. Даже в присутствии поля существует лишь небольшая индуцированная намагниченность, поскольку только небольшая часть спинов будет ориентирована полем. Эта доля пропорциональна напряженности поля и этим объясняется линейная зависимость. Притяжение, испытываемое ферромагнетиками, нелинейно и гораздо сильнее, поэтому его легко наблюдать, например, в магнитах на холодильнике.

Гиромагнетизм

[ редактировать ]

Для гиромагнитных сред (см. Фарадеевское вращение ) реакция магнитной проницаемости на переменное электромагнитное поле в микроволновой области частот рассматривается как недиагональный тензор, выражаемый формулой: [4]

Значения для некоторых распространенных материалов

[ редактировать ]

Приведенную ниже таблицу следует использовать с осторожностью, поскольку проницаемость ферромагнитных материалов сильно зависит от напряженности поля, конкретного состава и изготовления. Например, электротехническая сталь с содержанием 4% имеет начальную относительную проницаемость (при 0 Т или около нее) 2000 и максимум 38 000 при Т = 1. [5] [6] и разный диапазон значений при разном проценте кремния и процессе изготовления, и, действительно, относительная проницаемость любого материала при достаточно высокой напряженности поля стремится к 1 (при магнитном насыщении).

Данные о магнитной восприимчивости и проницаемости для выбранных материалов
Середина Восприимчивость,
объемный, СИ, χ м
Относительная проницаемость,
макс. , м / м 0
Проницаемость,
м (H/м)
Магнитный
поле
Частота, макс.
Вакуум 0 1, точно [7] 1.256 637 061 × 10 −6
Метглас 2714А (отожженный) 1 000 000 [8] 1.26 × 10 0 При 0,5 Тл 100 кГц
Железо (Fe 99,95% чистоты, отожженное в H) 200 000 [9] 2.5 × 10 −1
Пермаллой 100 000 [10] 1.25 × 10 −1 При 0,002 Тл
НАНОПЕРМ® 80 000 [11] 1.0 × 10 −1 При 0,5 Тл 10 кГц
Мю-метал 50 000 [12] 6.3 × 10 −2
Мю-метал 20 000 [13] 2.5 × 10 −2 При 0,002 Тл
Кобальт-железо
(ленточный материал с высокой проницаемостью)
18 000 [14] 2.3 × 10 −2
Железо (чистота 99,8%) 5000 [9] 6.3 × 10 −3
Электротехническая сталь 2000 - 38000 [5] [15] [16] 5.0 × 10 −3 При 0,002 Т, 1 Т
Ферритная нержавеющая сталь (отожженная) 1000 – 1800 [17] 1.26 × 10 −3 2.26 × 10 −3
Мартенситная нержавеющая сталь (отожженная) 750 – 950 [17] 9.42 × 10 −4 1.19 × 10 −3
Феррит (марганец-цинк) 350 – 20 000 [18] 4.4 × 10 −4 2.51 × 10 −2 При 0,25 мТл ок. 100 Гц – 4 МГц
Феррит (никель-цинк) 10 – 2300 [19] 1.26 × 10 −5 2.89 × 10 −3 При ≤ 0,25 мТл ок. 1 кГц – 400 МГц [ нужна ссылка ]
Феррит (магний, марганец, цинк) 350 – 500 [20] 4.4 × 10 −4 6.28 × 10 −4 При 0,25 мТл
Феррит (кобальт, никель, цинк) 40 – 125 [21] 5.03 × 10 −5 1.57 × 10 −4 При 0,001 Тл ок. 2 МГц – 150 МГц
Порошковая смесь Mo-Fe-Ni
(порошок молипермаллоя, МПП)
14 – 550 [22] 1.76 × 10 −5 6.91 × 10 −4 ок. 50 Гц – 3 МГц
Порошковая смесь никеля и железа 14 – 160 [23] 1.76 × 10 −5 2.01 × 10 −4 При 0,001 Тл ок. 50 Гц – 2 МГц
Порошковая смесь Al-Si-Fe (Сендуст) 14 – 160 [24] 1.76 × 10 −5 2.01 × 10 −4 ок. 50 Гц – 5 МГц [25]
Состав железного порошка 14 – 100 [26] 1.76 × 10 −5 1.26 × 10 −4 При 0,001 Тл ок. 50 Гц – 220 МГц
Соединение порошка кремниевого железа 19 – 90 [27] [28] 2.39 × 10 −5 1.13 × 10 −4 ок. 50 Гц – 40 МГц
Порошковое соединение карбонильного железа 4 – 35 [29] 5.03 × 10 −6 4.4 × 10 −5 При 0,001 Тл ок. 20 кГц – 500 МГц
Углеродистая сталь 100 [13] 1.26 × 10 −4 При 0,002 Тл
Никель 100 [13] – 600 1.26 × 10 −4 7.54 × 10 −4 При 0,002 Тл
Мартенситная нержавеющая сталь (закаленная) 40 – 95 [17] 5.0 × 10 −5 1.2 × 10 −4
Аустенитная нержавеющая сталь 1.003 – 1.05 [17] [30] [а] 1.260 × 10 −6 8.8 × 10 −6
Неодимовый магнит 1.05 [31] 1.32 × 10 −6
Платина 1.000 265 1.256 970 × 10 −6
Алюминий 2.22 × 10 −5 [32] 1.000 022 1.256 665 × 10 −6
Древесина 1.000 000 43 [32] 1.256 637 60 × 10 −6
Воздух 1.000 000 37 [33] 1.256 637 53 × 10 −6
Бетон (сухой) 1 [34]
Водород −2.2 × 10 −9 [32] 1.000 0000 1.256 6371 × 10 −6
Тефлон 1.0000 1.2567 × 10 −6 [13]
Сапфир −2.1 × 10 −7 0.999 999 76 1.256 6368 × 10 −6
Медь −6.4 × 10 −6 или
−9.2 × 10 −6 [32]
0.999 994 1.256 629 × 10 −6
Вода −8.0 × 10 −6 0.999 992 1.256 627 × 10 −6
Висмут −1.66 × 10 −4 0.999 834 1.256 43 × 10 −6
Пиролитический углерод 0.9996 1.256 × 10 −6
Сверхпроводники −1 0 0
Кривая намагничивания ферромагнетиков (и ферримагнетиков) и соответствующая проницаемость

Хороший материал магнитного сердечника должен иметь высокую проницаемость. [35]

Для пассивной магнитной левитации необходима относительная проницаемость ниже 1 (что соответствует отрицательной восприимчивости).

Проницаемость меняется в зависимости от магнитного поля. Значения, указанные выше, являются приблизительными и действительны только для указанных магнитных полей. Они даны для нулевой частоты; на практике проницаемость обычно является функцией частоты. Когда учитывается частота, проницаемость может быть комплексной , соответствующей синфазной и противофазной характеристике.

Комплексная проницаемость

[ редактировать ]

Полезным инструментом для борьбы с высокочастотными магнитными эффектами является комплексная проницаемость. В то время как на низких частотах в линейном материале магнитное поле и вспомогательное магнитное поле просто пропорциональны друг другу благодаря некоторой скалярной проницаемости, на высоких частотах эти величины будут реагировать друг на друга с некоторой задержкой. [36] Эти поля можно записать в виде векторов , так что

где фазовая задержка от .

Понимая проницаемость как отношение плотности магнитного потока к магнитному полю, отношение векторов можно записать и упростить как

так что проницаемость становится комплексным числом.

По формуле Эйлера комплексную проницаемость можно перевести из полярной в прямоугольную форму:

Отношение мнимой и действительной части комплексной проницаемости называется тангенсом потерь ,

который обеспечивает измерение того, сколько энергии теряется в материале по сравнению с тем, сколько сохраняется.

См. также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Проницаемость аустенитной нержавеющей стали сильно зависит от истории приложенных к ней механических напряжений, например, при холодной обработке.
  1. ^ Магнитная проницаемость и аналоги в электростатической индукции, проводимости тепла и движении жидкости , март 1872 г.
  2. ^ Перейти обратно: а б Джексон, Джон Дэвид (1998). Классическая электродинамика (3-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. п. 193. ИСБН  978-0-471-30932-1 .
  3. ^ Международная система единиц , стр. 132, Ампер. БИПМ .
  4. ^ Калес, МЛ (1953). «Режимы в волноводах, содержащих ферриты». Журнал прикладной физики . 24 (5): 604–608. Бибкод : 1953JAP....24..604K . дои : 10.1063/1.1721335 .
  5. ^ Перейти обратно: а б GWC Kaye и TH Laby, Таблица физических и химических констант, 14-е изд., Лонгман, «Si Steel»
  6. ^ https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000066142/4047647 для 38 000 рисунков 5.2.
  7. ^ по определению
  8. ^ « Метглас Магнитный Сплав 2714А», Метглас » . Metglas.com. Архивировано из оригинала 6 февраля 2012 г. Проверено 8 ноября 2011 г.
  9. ^ Перейти обратно: а б « Магнитные свойства ферромагнитных материалов, железа » . Государственный университет ЧР Нейв Джорджия . Проверено 1 декабря 2013 г.
  10. ^ Джайлс, Дэвид (1998). Введение в магнетизм и магнитные материалы . ЦРК Пресс. п. 354. ИСБН  978-0-412-79860-3 .
  11. ^ « Типичные свойства материала НАНОПЕРМ», Magnetec » (PDF) . Проверено 8 ноября 2011 г.
  12. ^ «Никелевые сплавы – нержавеющие стали, никель-медные сплавы, никель-хромовые сплавы, сплавы с низким расширением» . Nickel-alloys.net . Проверено 8 ноября 2011 г.
  13. ^ Перейти обратно: а б с д « Относительная проницаемость», Гиперфизика » . HyperPhysics.phy-astr.gsu.edu . Проверено 8 ноября 2011 г.
  14. ^ « «Мягкие магнитные сплавы кобальта и железа», Vacuumschmeltze » (PDF) . www.vacuumschmeltze.com. Архивировано из оригинала (PDF) 23 мая 2016 г. Проверено 3 августа 2013 г.
  15. ^ « Проницаемость некоторых распространенных материалов » . Проверено 9 декабря 2022 г.
  16. ^ https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000066142/4047647 за 38000 на 1 Т, рисунок 5.2.
  17. ^ Перейти обратно: а б с д Карпентер Технолоджи Корпорейшн (2013). «Магнитные свойства нержавеющих сталей» . Карпентер Технолоджи Корпорейшн.
  18. ^ Согласно данным Ferroxcube (ранее Philips) Soft Ferrites. https://www.ferroxcube.com/zh-CN/download/download/21
  19. ^ По данным Siemens Matsushita SIFERRIT. https://www.thierry-lequeu.fr/data/SIFERRIT.pdf
  20. ^ По данным PRAMET Šumperk fonox. https://www.doe.cz/wp-content/uploads/fonox.pdf
  21. ^ По данным Ferronics Incorporated. http://www.ferronics.com/catalog/ferronics_catalog.pdf
  22. ^ Согласно данным о порошке Magnetics MPP-молипермаллоя. https://www.mag-inc.com/Products/Powder-Cores/MPP-Cores
  23. ^ По данным MMG IOM Limited High Flux. http://www.mmgca.com/catalogue/MMG-Sailcrest.pdf
  24. ^ По данным Micrometals-Arnold Sendust. https://www.micrometalsarnoldpowdercores.com/products/materials/sendust
  25. ^ Согласно данным Micrometals-Arnold High Frequency Sendust. https://www.micrometalsarnoldpowdercores.com/products/materials/sendust-high- Frequency
  26. ^ «Решения для порошковых сердечников из микрометаллов» . micrometals.com . Проверено 17 августа 2019 г.
  27. ^ По данным Magnetics XFlux. https://www.mag-inc.com/Products/Powder-Cores/XFlux-Cores
  28. ^ «Решения для порошковых сердечников из микрометаллов» . micrometals.com . Проверено 18 августа 2019 г.
  29. ^ «Решения для порошковых сердечников из микрометаллов» . www.micrometals.com . Проверено 17 августа 2019 г.
  30. ^ Британская ассоциация производителей нержавеющей стали (2000 г.). «Магнитные свойства нержавеющей стали» (PDF) . Консультативная служба по нержавеющей стали.
  31. ^ Юха Пирхёнен; Тапани Йокинен; Валерия Грабовцова (2009). Проектирование вращающихся электрических машин . Джон Уайли и сыновья. стр. 232. ISBN  978-0-470-69516-6 .
  32. ^ Перейти обратно: а б с д Ричард А. Кларк. «Магнитные свойства материалов, surrey.ac.uk» . Ee.surrey.ac.uk . Проверено 8 ноября 2011 г.
  33. ^ BD Cullity и CD Graham (2008), Введение в магнитные материалы, 2-е издание, 568 стр., стр.16
  34. ^ НДТ.нет. «Определение диэлектрических свойств монолитного бетона на радиолокационных частотах» . Ндт.нет . Проверено 8 ноября 2011 г.
  35. ^ Диксон, Л.Х. (2001). «Магнитный расчет 2 – Характеристики магнитного сердечника» (PDF) . Техасские инструменты.
  36. ^ М. Гетцлафф, Основы магнетизма , Берлин: Springer-Verlag, 2008.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 43e79ec9ac343350e2755e253fd8566c__1717772340
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/43/6c/43e79ec9ac343350e2755e253fd8566c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Permeability (electromagnetism) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)