Magnetinis pralaidumas — apibrėžimas, vienetai ir feromagnetai
Sužinokite, kas yra magnetinis pralaidumas, jo vienetai ir santykinis vaidmuo feromagnetams — aiškus apibrėžimas, pavyzdžiai (geležis, nikelis) ir praktinė reikšmė.
Pralaidumas (magnetinis pralaidumas) apibūdina medžiagos gebėjimą leisti magnetinį lauką. Santykinai paprasta formulė, siejanti magnetinį lauką ir magnetinę indukciją, yra B = μ H, kur B — magnetinė indukcija, H — magnetinio lauko jėga, o μ — medžiagos pralaidumas. Skvarbumas matuojamas henriais metrui (H/m), o jo simbolis yra μ {\displaystyle \mu } 
. Paprastai daugelis praktinių skaičiavimų naudoja santykinį pralaidumą (žr. toliau), nes daugumos medžiagų pralaidumas yra arti laisvosios erdvės pralaidumo.
Santykinis pralaidumas ir laisvosios erdvės pralaidumas
Tuščios erdvės pastovioji skvarba (vadinama laisvosios erdvės skvarba arba μ 0 {\displaystyle \mu _{0}}
) yra lygiai 0,0000004 × π {\displaystyle 0,0000004\times \pi } 
, kas lygu 4π×10⁻⁷ H/m (≈1,2566×10⁻⁶ H/m).
Daugumoje medžiagų nurodomas santykinis pralaidumas, kurio simbolis yra μ r {\displaystyle \mu _{r}}
. Jis apibrėžiamas kaip medžiagos pralaidumo ir laisvosios erdvės pralaidumo santykis ( μ r = μ / μ 0 {\displaystyle \mu _{r}=\mu /\mu _{0}}
). Santykinis pralaidumas taip pat susijęs su magnetine susceptibiliteta χm paprasta lygtimi μr = 1 + χm.
Ką reiškia μr ≈ 1 ir feromagnetinės medžiagos
Daugumos neferomagnetinių medžiagų (pvz., oru, plastiku ar varžtais) μr yra labai artimas 1 — todėl praktikoje dažnai vietoje medžiagos pralaidumo tiesiog naudojama laisvosios erdvės pralaiduma. Tačiau yra medžiagų, kurių santykinis pralaidumas yra daug didesnis. Didžiausios išimtys yra medžiagos, vadinamos feromagnetinėmis medžiagomis. Pavyzdžiui, kai kurie geležies lydiniai turi μr iki kelių tūkstančių (originalus pavyzdys: geležis — ~5000), o nikelis gali turėti reikšmes apie 600. Yra specialūs lydiniai (pvz., mu-metalas, permaloidai), kurių santykinis pralaidumas gali siekti dešimtis tūkstančių ar daugiau — t.y. milijonus kartų didesnis už tuščios erdvės skvarbą tam tikromis sąlygomis.
Pralaidumo savybės ir priklausomybė nuo sąlygų
- Nelineariškumas ir histerezė: dauguma feromagnetinių medžiagų turi nepriklausomą B–H charakteristiką: pralaidumas priklauso nuo magnetinio lauko stiprumo ir gali kisti priklausomai nuo to, ar medžiaga yra magnetizuojama ar išmagnetizuojama (histerezės juosta).
- Priklausomybė nuo dažnio: pralaidumas gali mažėti didėjant magnetinio lauko kintamajam dažniui; atsiranda kompleksinis pralaidumas μ = μ' − jμ'', kuriame μ'' apibūdina nuostolius (šilumos, histerezės, wiravimo srovės nuostolius).
- Saturation (sotinimas): esant stipriam magnetiniam laukui, feromagnetinė medžiaga pasiekia magnetinį sotinumą, ir toliau didinant H B nebeatauga proporcingai — efektyvus μ mažėja.
- Temperatūros įtaka: temperatūra keičia μ; esant labai aukštai temperatūrai feromagnetiškumas gali dingti (Curie temperatūra).
Matuoklės ir praktiškas pritaikymas
Pralaidumas yra svarbus projektuojant transformatorius, ritinius, elektros varžas, magnetinius ekranus ir jutiklius. Keletas praktinių pastabų:
- Matuojama naudojant induktyvumo matavimus, impedanso analizatorius ar specialias magnetines matavimo priemones.
- Inžineriniuose skaičiavimuose dažnai naudojamas B = μ0 μr H ir, kai reikia, įtraukiamos nelinearios B–H tiesės ar dažnio priklausomybės.
- Magnetiniai ekranai ir keitikliai dažnai gaminami iš medžiagų su labai dideliu μr (pvz., permalo arba mu-metalo), nes jos nukreipia magnetines jėgas ir sumažina lauką jautrioje zonoje.
Santrauka — svarbiausi faktai
- Magnetinis pralaidumas μ matuoja, kaip medžiaga leidžia magnetinį lauką; vienetas H/m.
- Laisvosios erdvės pralaidumas yra 0,0000004 × π {\displaystyle 0,0000004\times \pi } (4π×10⁻⁷ H/m ≈ 1,2566×10⁻⁶ H/m).
- Santykinis pralaidumas μr = μ/μ0 parodo, kiek kartų medžiagos pralaidumas didesnis už laisvosios erdvės.
- Dauguma medžiagų turi μr ≈ 1; feromagnetinės medžiagos turi μr žymiai didesnį ir naudojamos magnetiniams komponentams bei ekranams.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra pralaidumas?
Atsakymas: Skvarbumas yra medžiagos savybė, nusakanti, kokio tankio magnetinis laukas būtų, jei per ją tekėtų tokio pat dydžio srovė.
K: Kaip matuojama pralaidumas?
A: Skvarbumas matuojamas henriais metrui (H/m), o jo simbolis yra μ.
K: Kaip vadinama tuščios erdvės pastovioji skvarba?
A: Pastovus tuščios erdvės pralaidumas vadinamas laisvosios erdvės pralaidumu arba μ0.
K: Kaip matuojame santykinę skvarbą?
A: Santykinį pralaidumą galima apskaičiuoti padalijus medžiagos pralaidumą iš laisvosios erdvės pralaidumo (μr = μ/μ0).
K: Ar yra medžiagų, kurių santykinė skvarba yra didesnė nei įprasta?
A: Taip, kai kurios medžiagos yra feromagnetinės ir jų santykinės permatomybės yra daug didesnės nei kitų medžiagų, pavyzdžiui, geležis (5000) ir nikelis (600). Be to, kai kurios medžiagos buvo specialiai sukurtos taip, kad jų santykinė perimamumas būtų milijoną kartų didesnis nei tuščios erdvės.
Klausimas: Ar skaičiuojant magnetinius laukus būtina atsižvelgti į medžiagos savitąjį permiją?
Atsakymas: Ne, daugumos medžiagų permijos savitoji geba yra pakankamai artima 1, todėl į ją galima neatsižvelgti ir vietoj jos naudoti laisvosios erdvės permiją.
Ieškoti