Relativna magnetna prepustnost medija. Magnetne lastnosti snovi. Magnetna prepustnost. feromagneti. Magnetne lastnosti snovi

Magnetni moment je glavna vektorska količina, ki označuje magnetne lastnosti snovi. Ker je vir magnetizma zaprt tok, je vrednost magnetnega momenta M definiran kot produkt trenutne jakosti jaz na območje, ki ga pokriva tokokrog S:

M = I×S A × m 2 .

Elektronske lupine atomov in molekul imajo magnetne momente. Elektroni in drugi elementarni delci imajo spin magnetni moment, ki ga določa obstoj lastnega mehanskega momenta – spin. Spin magnetni moment elektrona je lahko orientiran v zunanjem magnetnem polju tako, da sta možni le dve enaki in nasprotno usmerjeni projekciji momenta na smer vektorja magnetnega polja, enaki Bohrov magneton- 9,274 × 10 -24 A × m 2.

1. Opredelite pojem "magnetizacija" snovi.

Magnetizacija - J- je skupni magnetni moment na enoto prostornine snovi:

1. Opredelite izraz "magnetna občutljivost".

Magnetna občutljivost snovi, א v- razmerje med magnetizacijo snovi in ​​jakostjo magnetnega polja na enoto prostornine:

אv = , brezdimenzionalna količina.

Specifična magnetna občutljivost, א – razmerje med magnetno občutljivostjo in gostoto snovi, t.j. magnetna občutljivost na enoto mase, merjeno v m 3 /kg.

1. Opredelite izraz "magnetna prepustnost".

Magnetna prepustnost, μ – to je fizikalna količina, ki označuje spremembo magnetne indukcije, ko je izpostavljena magnetnemu polju . Za izotropne medije je magnetna prepustnost enaka razmerju indukcije v mediju AT na jakost zunanjega magnetnega polja H in na magnetno konstanto μ 0 :

Magnetna prepustnost je brezdimenzionalna količina. Njegova vrednost za določen medij je 1 večja od magnetne občutljivosti istega medija:

μ = אv+1, saj B \u003d μ 0 (H + J).

1. Razvrstite materiale glede na njihove magnetne lastnosti.

Glede na magnetno strukturo in vrednost magnetne prepustnosti (občutljivosti) materiale delimo na:

Diamagneti μ< 1 (material se "upira" magnetnemu polju);

Paramagneti µ > 1(material slabo zaznava magnetno polje);

feromagneti µ >> 1(magnetno polje v materialu je ojačano);

Ferimagneti µ >> 1(magnetno polje v materialu se poveča, vendar se magnetna struktura materiala razlikuje od strukture feromagnetov);

Antiferomagneti μ ≈ 1(material slabo reagira na magnetno polje, čeprav je magnetna struktura podobna ferimagnetom).

1. Opiši naravo diamagnetizma.

Diamagnetizem je lastnost snovi, da se magnetizira proti smeri zunanjega magnetnega polja, ki deluje nanjo (v skladu z zakonom elektromagnetne indukcije in Lenzovim pravilom). Diamagnetizem je značilen za vse snovi, vendar se v svoji "čisti obliki" kaže v diamagnetih. Diamagneti so snovi, katerih molekule nimajo lastnih magnetnih momentov (njihov skupni magnetni moment je nič), zato poleg diamagnetizma nimajo drugih lastnosti. Primeri diamagnetov:

Vodik, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

Voda, = - 0,7×10 -9 m 3 /kg.

Diamant, א = - 0,5×10 -9 m 3 /kg.

Grafit, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.

baker = - 0,09×10 -9 m 3 /kg.

Cink, א = - 0,17×10 -9 m 3 /kg.

Srebrna = - 0,18×10 -9 m 3 /kg.

Zlato, א = - 0,14×10 -9 m 3 /kg.

43. Opiši naravo paramagnetizma.

Paramagnetizem je lastnost snovi, imenovanih paramagneti, ki ob postavitvi v zunanje magnetno polje pridobijo magnetni moment, ki sovpada s smerjo tega polja. Atomi in molekule paramagnetov imajo za razliko od diamagnetov svoje magnetne momente. V odsotnosti polja je usmerjenost teh momentov kaotična (zaradi toplotnega gibanja) in skupni magnetni moment snovi je nič. Pri uporabi zunanjega polja pride do delne orientacije magnetnih momentov delcev v smeri polja, magnetizacija J pa se prišteje jakosti zunanjega polja H: B = μ 0 (H+J). Indukcija v snovi se poveča. Primeri paramagnetov:

Kisik, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

titan = 3×10 -9 m 3 /kg.

Aluminij, א = 0,6×10 -9 m 3 /kg.

Platina, א = 0,97×10 -9 m 3 /kg.

44. Opiši naravo feromagnetizma.

Feromagnetizem je magnetno urejeno stanje snovi, pri katerem so vsi magnetni momenti atomov v določenem volumnu snovi (domeni) vzporedni, kar povzroči spontano magnetizacijo domene. Pojav magnetnega reda je povezan z izmenjavo elektronov, ki je elektrostatične narave (Coulombov zakon). V odsotnosti zunanjega magnetnega polja je lahko usmerjenost magnetnih momentov različnih domen poljubna, obseg obravnavane snovi pa ima lahko na splošno šibko ali nič magnetizacijo. Ko se uporabi magnetno polje, so magnetni momenti domen usmerjeni vzdolž polja, čim bolj je moč polja. V tem primeru se spremeni vrednost magnetne prepustnosti feromagneta in poveča se indukcija v snovi. Primeri feromagnetov:

Železo, nikelj, kobalt, gadolinij

in zlitine teh kovin med njimi in drugimi kovinami (Al, Au, Cr, Si itd.). μ ≈ 100…100000.

45. Opiši naravo ferimagnetizma.

Ferimagnetizem je magnetno urejeno stanje snovi, pri katerem magnetni momenti atomov ali ionov tvorijo v določenem volumnu snovi (domena) magnetne podrešetke atomov ali ionov s skupnimi magnetnimi momenti, ki si med seboj niso enaki in so usmerjeni protivzporedno. Ferimagnetizem lahko obravnavamo kot najbolj splošen primer magnetno urejenega stanja, feromagnetizem pa kot primer z eno podmrežo. Sestava feromagnetov nujno vključuje atome feromagnetov. Primeri ferimagnetov:

Fe3O4; MgFe2O4; CuFe 2 O 4 ; MnFe 2 O 4 ; NiFe 2 O 4 ; CoFe2O4 …

Magnetna prepustnost feromagnetov je istega reda kot pri feromagnetih: μ ≈ 100…100000.

46. ​​Opiši naravo antiferomagnetizma.

Antiferomagnetizem je magnetno urejeno stanje snovi, za katero je značilno, da so magnetni momenti sosednjih delcev snovi usmerjeni protivzporedno, v odsotnosti zunanjega magnetnega polja pa je skupna magnetizacija snovi nič. Antiferomagnet glede na magnetno strukturo lahko obravnavamo kot poseben primer ferimagneta, pri katerem so magnetni momenti podmrež enaki po absolutni vrednosti in antiparalelni. Magnetna prepustnost antiferomagnetov je blizu 1. Primeri antiferomagnetov:

Cr2O3; mangan; FeSi; Fe2O3; NIO……… μ ≈ 1.

47. Kakšna je vrednost magnetne prepustnosti materialov v superprevodnem stanju?

Superprevodniki pod temperaturo superprehoda so idealni diamagneti:

א= - 1; μ = 0.

Številni poskusi kažejo, da so vse snovi, ki so postavljene v magnetno polje, magnetizirane in ustvarjajo svoje magnetno polje, katerega delovanje se doda delovanju zunanjega magnetnega polja:

$$\boldsymbol(\vec(B)=(\vec(B))_(0)+(\vec(B))_(1))$$

kjer je $\boldsymbol(\vec(B))$ indukcija magnetnega polja v snovi; $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - indukcija magnetnega polja v vakuumu, $\boldsymbol((\vec(B))_(1))$ - indukcija magnetnega polja zaradi magnetiziranja snovi . V tem primeru lahko snov bodisi okrepi ali oslabi magnetno polje. Za učinek snovi na zunanje magnetno polje je značilna količina μ , ki se imenuje magnetna prepustnost snovi

$$ \boldsymbol(\mu =\frac(B)((B)_(0)))$$

• Magnetna prepustnost je fizična skalarna vrednost, ki kaže, kolikokrat se indukcija magnetnega polja v dani snovi razlikuje od indukcije magnetnega polja v vakuumu.

Vse snovi so sestavljene iz molekul, molekule so sestavljene iz atomov. Elektronske lupine atomov lahko pogojno štejemo za sestavljene iz krožnih električnih tokov, ki jih tvorijo premikajoči se elektroni. Krožni električni tokovi v atomih morajo ustvariti lastna magnetna polja. Na električne tokove naj bi vplivalo zunanje magnetno polje, zaradi česar lahko pričakujemo bodisi povečanje magnetnega polja, ko so atomska magnetna polja sosmerna z zunanjim magnetnim poljem, bodisi njihovo oslabitev, če so nasprotno usmerjena.
Hipoteza o obstoj magnetnih polj v atomih in možnost spreminjanja magnetnega polja v snovi je v celoti skladna z realnostjo. vse snovi z delovanjem zunanjega magnetnega polja nanje lahko razdelimo v tri glavne skupine: diamagneti, paramagneti in feromagneti.

diamagneti so snovi, pri katerih je zunanje magnetno polje oslabljeno. To pomeni, da so magnetna polja atomov takšnih snovi v zunanjem magnetnem polju usmerjena nasprotno zunanjemu magnetnemu polju (µ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает magnetna prepustnost µ = 0,999826.

Razumeti naravo diamagnetizma razmislite o gibanju elektrona, ki prileti s hitrostjo v v enotno magnetno polje, pravokotno na vektor AT magnetno polje.

Pod vplivom Lorentzove sile elektron se bo gibal v krogu, smer njegovega vrtenja je določena s smerjo vektorja Lorentzove sile. Nastali krožni tok ustvari lastno magnetno polje AT" . To je magnetno polje AT" usmerjeno nasprotno magnetnemu polju AT. Zato mora imeti vsaka snov, ki vsebuje prosto gibljive nabite delce, diamagnetne lastnosti.
Čeprav elektroni v atomih snovi niso prosti, se izkaže, da je sprememba njihovega gibanja znotraj atomov pod delovanjem zunanjega magnetnega polja enakovredna krožnemu gibanju prostih elektronov. Zato ima vsaka snov v magnetnem polju nujno diamagnetne lastnosti.
Vendar so diamagnetni učinki zelo šibki in jih najdemo le v snoveh, katerih atomi ali molekule nimajo lastnega magnetnega polja. Primeri diamagnetov so svinec, cink, bizmut (μ = 0,9998).

Henri Ampère (1820) je prvi razložil razloge, zakaj imajo telesa magnetne lastnosti. Po njegovi hipotezi v molekulah in atomih krožijo elementarni električni tokovi, ki določajo magnetne lastnosti katere koli snovi.

Razmislite o vzrokih atomskega magnetizma podrobneje:

Vzemite trdno snov. Njegova magnetizacija je povezana z magnetnimi lastnostmi delcev (molekul in atomov), iz katerih je sestavljen. Razmislite, katera vezja s tokom so možna na mikro ravni. Magnetizem atomov je posledica dveh glavnih razlogov:

1) gibanje elektronov okoli jedra v zaprtih orbitah ( orbitalni magnetni moment) (slika 1);

riž. 2

2) lastna rotacija (spin) elektronov ( spin magnetni moment) (slika 2).

Za radovedne. Magnetni moment vezja je enak zmnožku tokovne jakosti v vezju in površine, ki jo pokriva vezje. Njegova smer sovpada s smerjo vektorja indukcije magnetnega polja na sredini tokovne zanke.

Ker se orbite različnih elektronov v ravnini atoma ne ujemajo, so vektorji indukcije magnetnega polja, ki jih ustvarijo (orbitalni in spin magnetni momenti), usmerjeni pod različnimi koti drug proti drugemu. Nastali indukcijski vektor večelektronskega atoma je enak vektorski vsoti vektorjev indukcije polja, ki jih ustvarijo posamezni elektroni. Atomi z delno napolnjenimi elektronskimi lupinami imajo nekompenzirana polja. V atomih z napolnjenimi elektronskimi lupinami je dobljeni indukcijski vektor 0.

V vseh primerih je sprememba magnetnega polja posledica pojava magnetizacijskih tokov (opažen je pojav elektromagnetne indukcije). Z drugimi besedami, načelo superpozicije za magnetno polje ostaja veljavno: polje znotraj magneta je superpozicija zunanjega polja $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ in polja $\boldsymbol( \vec(B"))$ magnetizacijskih tokov jaz" , ki nastanejo pod delovanjem zunanjega polja. Če je polje magnetizacijskih tokov usmerjeno na enak način kot zunanje polje, bo indukcija celotnega polja večja od zunanjega polja (slika 3, a) - v tem primeru pravimo, da snov poveča polje; če je polje magnetizacijskih tokov usmerjeno nasprotno zunanjemu polju, potem bo skupno polje manjše od zunanjega polja (slika 3, b) - v tem smislu pravimo, da snov oslabi magnetno polje.

riž. 3

AT diamagneti Molekule nimajo lastnega magnetnega polja. Pod delovanjem zunanjega magnetnega polja v atomih in molekulah je polje magnetizacijskih tokov usmerjeno nasprotno zunanjemu polju, zato bo modul vektorja magnetne indukcije $ \boldsymbol(\vec(B))$ nastalega polja biti manjši od modula vektorja magnetne indukcije $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ zunanjega polja.

Snovi, pri katerih se zunanje magnetno polje poveča zaradi dodajanja magnetnih polj elektronskih lupin atomov snovi zaradi orientacije atomskih magnetnih polj v smeri zunanjega magnetnega polja, se imenujejo paramagneti(µ > 1).

Paramagneti zelo šibko ojačajo zunanje magnetno polje. Magnetna prepustnost paramagnetov se od enote razlikuje le za delček odstotka. Na primer, magnetna prepustnost platine je 1,00036. Zaradi zelo majhnih vrednosti magnetne prepustnosti paramagnetnih in diamagnetnih materialov je njihov vpliv na zunanje polje oziroma vpliv zunanjega polja na paramagnetna ali diamagnetna telesa zelo težko zaznati. Zato se v običajni vsakdanji praksi v tehnologiji štejejo paramagnetne in diamagnetne snovi kot nemagnetne, torej snovi, ki ne spreminjajo magnetnega polja in na katere magnetno polje ne vpliva. Primeri paramagnetov so natrij, kisik, aluminij (μ = 1,00023).

AT paramagneti molekule imajo svoje magnetno polje. V odsotnosti zunanjega magnetnega polja so zaradi toplotnega gibanja indukcijski vektorji magnetnih polj atomov in molekul naključno usmerjeni, zato je njihova povprečna magnetizacija nič (slika 4, a). Ko se na atome in molekule nanese zunanje magnetno polje, začne delovati moment sil, ki jih teži k vrtenju, tako da so njihova polja usmerjena vzporedno z zunanjim poljem. Usmerjenost paramagnetnih molekul vodi k temu, da je snov magnetizirana (slika 4b).

riž. štiri

Popolno orientacijo molekul v magnetnem polju onemogoča njihovo toplotno gibanje, zato je magnetna prepustnost paramagnetov odvisna od temperature. Očitno se z naraščanjem temperature magnetna prepustnost paramagnetov zmanjšuje.

feromagneti

Imenujejo se snovi, ki znatno povečajo zunanje magnetno polje feromagneti(nikelj, železo, kobalt itd.). Primeri feromagnetov so kobalt, nikelj, železo (μ doseže vrednost 8 10 3).

Samo ime tega razreda magnetnih materialov izhaja iz latinskega imena za železo - Ferrum. Glavna značilnost teh snovi je sposobnost ohranjanja magnetizacije v odsotnosti zunanjega magnetnega polja; vsi trajni magneti spadajo v razred feromagnetov. Poleg železa imajo feromagnetne lastnosti tudi njegovi "sosedje" po periodnem sistemu, kobalt in nikelj. Feromagneti najdejo široko praktično uporabo v znanosti in tehnologiji, zato je bilo razvito veliko število zlitin z različnimi feromagnetnimi lastnostmi.

Vsi zgornji primeri feromagnetov se nanašajo na kovine prehodne skupine, katerih elektronska lupina vsebuje več neparnih elektronov, kar vodi v dejstvo, da imajo ti atomi pomembno lastno magnetno polje. V kristalnem stanju zaradi interakcije med atomi v kristalih nastanejo področja spontane (spontane) magnetizacije - domene. Dimenzije teh domen so desetinke in stotinke milimetra (10 -4 − 10 -5 m), kar bistveno presega velikost posameznega atoma (10 -9 m). Znotraj ene domene so magnetna polja atomov usmerjena strogo vzporedno, orientacija magnetnih polj drugih domen pa se ob odsotnosti zunanjega magnetnega polja poljubno spreminja (slika 5).

riž. 5

Tako so tudi v nemagnetiziranem stanju znotraj feromagneta močna magnetna polja, katerih orientacija se med prehodom iz ene domene v drugo spreminja na naključni kaotičen način. Če dimenzije telesa bistveno presegajo dimenzije posameznih domen, potem povprečno magnetno polje, ki ga ustvarjajo domene tega telesa, praktično ni.

Če feromagnet postavimo v zunanje magnetno polje B0 , potem se magnetni momenti domen začnejo preurejati. Vendar pa ni mehanske prostorske rotacije delov snovi. Proces obrata magnetizacije je povezan s spremembo gibanja elektronov, ne pa s spremembo položaja atomov v vozliščih kristalne mreže. Domene, ki imajo najugodnejšo orientacijo glede na smer polja, povečajo svojo velikost na račun sosednjih "napačno orientiranih" domen, ki jih absorbirajo. V tem primeru se polje v snovi zelo močno poveča.

Lastnosti feromagnetov

1) feromagnetne lastnosti snovi se pojavijo šele, ko je ustrezna snov v kristalno stanje ;

2) magnetne lastnosti feromagnetov so močno odvisne od temperature, saj orientacijo magnetnih polj domen ovira toplotno gibanje. Za vsak feromagnet obstaja določena temperatura, pri kateri se domenska struktura popolnoma uniči in se feromagnet spremeni v paramagnet. Ta temperaturna vrednost se imenuje Curiejeva točka . Torej je za čisto železo Curiejeva temperatura približno 900°C;

3) feromagneti so magnetizirani do nasičenosti v šibkih magnetnih poljih. Slika 6 prikazuje, kako se spreminja modul indukcije magnetnega polja B iz jekla s spreminjajočim se zunanjim poljem B0 :

riž. 6

4) magnetna prepustnost feromagneta je odvisna od zunanjega magnetnega polja (slika 7).

riž. 7

To je posledica dejstva, da se sprva s povečanjem B0 magnetna indukcija B postaja močnejša in posledično μ se bo povečala. Nato pri vrednosti magnetne indukcije B" 0 pride do nasičenosti (μ je v tem trenutku na maksimumu) in z nadaljnjim naraščanjem B0 magnetna indukcija B1 v snovi se preneha spreminjati in magnetna prepustnost se zmanjša (nagiba se k 1):

$$\boldsymbol(\mu = \frac B(B_0) = \frac (B_0 + B_1)(B_0) = 1 + \frac (B_1)(B_0);) $$

5) pri feromagnetih opazimo preostalo magnetizacijo. Če je na primer feromagnetna palica nameščena v solenoid, skozi katerega teče tok, in magnetizirana do nasičenja (točka AMPAK) (slika 8), nato pa zmanjšajte tok v solenoidu in z njim B0 , je razvidno, da indukcija polja v palici v procesu njene razmagnetizacije ostaja vedno večja kot v procesu magnetiziranja. Kdaj B0 = 0 (tok v solenoidu je izklopljen), bo indukcija enaka B r (preostala indukcija). Palico je mogoče odstraniti iz solenoida in uporabiti kot trajni magnet. Za končno demagnetizacijo palice je potrebno skozi solenoid prenesti tok v nasprotni smeri, t.j. uporabite zunanje magnetno polje z nasprotno smerjo indukcijskega vektorja. Zdaj povečamo modul indukcije tega polja na Boc , razmagnetite palico ( B = 0).

• Modul Boc indukcija magnetnega polja, ki razmagnetizira magnetizirani feromagnet, se imenuje prisilna sila .

riž. osem

Z nadaljnjim povečanjem B0 palico je možno magnetizirati do nasičenja (točka AMPAK" ).

Zdaj se krči B0 na nič, spet dobijo trajni magnet, vendar z indukcijo –B r (nasprotna smer). Za ponovno demagnetizacijo palice je treba tok prvotne smeri ponovno vklopiti v solenoidu, palica pa se bo razmagnetizirala, ko bo indukcija B0 postane enakovredna Boc . Kar naprej naraščam B0 , ponovno magnetizirajte palico do nasičenja (točka AMPAK ).

Tako se med magnetizacijo in demagnetizacijo feromagneta indukcija B zadaj B 0. Ta zamik se imenuje pojav histereze . Krivulja, prikazana na sliki 8, se imenuje histerezna zanka .

Histereza (grško ὑστέρησις - "zaostajanje") - lastnost sistemov, ki ne sledijo takoj uporabljenim silam.

Oblika krivulje magnetizacije (histeresisna zanka) se bistveno razlikuje za različne feromagnetne materiale, ki se pogosto uporabljajo v znanstvenih in tehničnih aplikacijah. Nekateri magnetni materiali imajo široko zanko z visoko remanence in koercitivnostjo, se imenujejo magnetno trda in se uporabljajo za izdelavo trajnih magnetov. Za druge feromagnetne zlitine so značilne nizke vrednosti koercivne sile; takšni materiali se zlahka magnetizirajo in remagnetizirajo tudi v šibkih poljih. Takšni materiali se imenujejo magnetno mehka in se uporabljajo v različnih električnih napravah - relejih, transformatorjih, magnetnih vezjih itd.

Literatura

1. Aksenovich L. A. Fizika v srednji šoli: Teorija. Naloge. Testi: Proc. dodatek za ustanove, ki zagotavljajo splo. okolja, izobraževanje / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C.330-335.
2. Zhilko, V. V. Fizika: uč. dodatek za 11. razred. Splošna izobrazba šola iz ruščine lang. usposabljanje / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L. G. Markovič. - Mn.: Nar. asveta, 2002. - S. 291-297.
3. Slobodyanyuk A.I. Fizika 10. §13 Interakcija magnetnega polja s snovjo

Opombe

1. Smer vektorja indukcije magnetnega polja upoštevamo le na sredini vezja.

Iz dolgoletne tehnične prakse vemo, da je induktivnost tuljave močno odvisna od značilnosti okolja, kjer se ta tuljava nahaja. Če se tuljavi iz bakrene žice z znano induktivnostjo L0 doda feromagnetno jedro, se bodo v drugih prejšnjih okoliščinah samoindukcijski tokovi (dodatni tokovi zapiranja in odpiranja) v tej tuljavi večkrat povečali, poskus bo to potrdil, kar bo pomenilo, da se je večkrat povečala, kar zdaj postane enako L.

Eksperimentalno opazovanje

Predpostavimo, da je okolje, snov, ki zapolnjuje prostor znotraj in okoli opisane tuljave, homogena in je nastala zaradi toka, ki teče skozi njeno žico, lokalizirana le na tem določenem območju, ne da bi presegla njegove meje.

Če ima tuljava toroidno obliko, obliko zaprtega obroča, bo ta medij skupaj s poljem koncentriran le znotraj volumna tuljave, ker je magnetno polje zunaj toroida skoraj popolnoma odsotno. Ta položaj velja tudi za dolgo tuljavo - solenoid, v katerem so vse magnetne črte skoncentrirane tudi znotraj - vzdolž osi.

Recimo, da je induktivnost nekega vezja ali tuljave brez jedra v vakuumu L0. Potem naj bo za isto tuljavo, vendar že v homogeni snovi, ki zapolnjuje prostor, kjer so prisotne magnetne silnice te tuljave, induktivnost enaka L. V tem primeru se izkaže, da je razmerje L / L0 nič več kot relativna magnetna prepustnost imenovane snovi (včasih preprosto imenovana "magnetna prepustnost").

Postane očitno: magnetna prepustnost je vrednost, ki označuje magnetne lastnosti določene snovi. Pogosto je odvisno od stanja snovi (in od okoljskih pogojev, kot sta temperatura in tlak) ter od njene vrste.

Razumevanje izraza

Uvedba izraza "magnetna prepustnost" v zvezi s snovjo, nameščeno v magnetnem polju, je podobna uvedbi izraza "dielektrična konstanta" za snov, ki se nahaja v električnem polju.

Vrednost magnetne permeabilnosti, določeno z zgornjo formulo L/L0, lahko izrazimo tudi kot razmerje med absolutno magnetno prepustnostjo dane snovi in ​​absolutno praznino (vakuum).

To je enostavno videti: relativna magnetna prepustnost (je tudi magnetna prepustnost) je brezdimenzionalna količina. Toda absolutna magnetna prepustnost - ima dimenzijo Gn / m, enako kot magnetna prepustnost (absolutna!) vakuuma (je tudi magnetna konstanta).

Dejansko vidimo, da medij (magnet) vpliva na induktivnost vezja, kar jasno kaže, da sprememba medija vodi do spremembe magnetnega toka Ф, ki prodira v vezje, in s tem do spremembe indukcije B , glede na katero koli točko magnetnega polja.

Fizični pomen tega opazovanja je, da bo za isti tok tuljave (za enako magnetno jakost H) indukcija njegovega magnetnega polja določeno število krat večja (v nekaterih primerih manjša) v snovi z magnetno prepustnostjo mu kot v polnem vakuumu.

To je zato, ker in sam začne imeti magnetno polje. Snovi, ki jih je mogoče magnetizirati na ta način, imenujemo magneti.

Merska enota absolutne magnetne prepustnosti je 1 Gn / m (henry na meter ali newton na amper na kvadrat), to je magnetna prepustnost takega medija, kjer je pri jakosti magnetnega polja H enaka 1 A / m pride do magnetne indukcije 1 T.

Fizična slika pojava

Iz zgoraj navedenega postane jasno, da se različne snovi (magneti) magnetizirajo pod vplivom magnetnega polja vezja s tokom, in posledično nastane magnetno polje, ki je vsota magnetnih polj - magnetno polje od magnetiziranega medija plus iz vezja s tokom, zato se po velikosti razlikuje od polja le tokokrogov s tokom brez medija. Razlog za magnetizacijo magnetov je v obstoju najmanjših tokov znotraj vsakega od njihovih atomov.

Glede na vrednost magnetne prepustnosti so snovi razvrščene na diamagnete (manj kot ena - magnetizirani so proti uporabljenemu polju), paramagnete (večji od ena - magnetizirani so v smeri uporabljenega polja) in feromagnete (veliko več kot ena - so magnetizirani in imajo magnetizacijo po izklopu uporabljenega magnetnega polja).

Značilen je za feromagnete, zato koncept "magnetne prepustnosti" v svoji čisti obliki za feromagnete ne velja, vendar je v določenem območju magnetizacije v nekem približku mogoče razlikovati linearni odsek magnetne krivulje, za s katerim bo mogoče oceniti magnetno prepustnost.

Superprevodniki imajo magnetno prepustnost 0 (ker je magnetno polje popolnoma premaknjeno iz njihove prostornine), absolutna magnetna prepustnost zraka pa je skoraj enaka vakuumski mu (beri magnetno konstanto). Za zrak je mu nekaj več kot 1.

imenujemo magnetna prepustnost . Absolutno magnetnoprepustnost okolje je razmerje B proti H. Po mednarodnem sistemu enot se meri v enotah, imenovanih 1 henry na meter.

Njegova številčna vrednost je izražena z razmerjem med njeno vrednostjo in vrednostjo magnetne prepustnosti vakuuma in je označena z µ. Ta vrednost se imenuje relativno magnetnoprepustnost(ali preprosto magnetna prepustnost) medija. Kot relativna količina nima merske enote.

Posledično je relativna magnetna permeabilnost µ vrednost, ki kaže, kolikokrat je indukcija polja danega medija manjša (ali večja) od indukcije vakuumskega magnetnega polja.

Ko je snov izpostavljena zunanjemu magnetnemu polju, postane magnetizirana. Kako se to zgodi? Po Ampereovi hipotezi v vsaki snovi nenehno krožijo mikroskopski električni tokovi, ki jih povzroča gibanje elektronov po njihovih orbitah in prisotnost njihovih lastnih.V normalnih pogojih je to gibanje neurejeno, polja pa se med seboj "gasijo" (kompenzirajo). . Ko je telo postavljeno v zunanje polje, so tokovi urejeni in telo postane magnetizirano (to pomeni, da ima svoje polje).

Magnetna prepustnost vseh snovi je različna. Glede na velikost so snovi razdeljene v tri velike skupine.

Pri diamagneti vrednost magnetne prepustnosti µ je nekoliko manjša od enote. Na primer, bizmut ima µ = 0,9998. Diamagneti vključujejo cink, svinec, kremen, baker, steklo, vodik, benzen in vodo.

Magnetna prepustnost paramagneti nekoliko več kot enota (za aluminij µ = 1,000023). Primeri paramagnetov so nikelj, kisik, volfram, ebonit, platina, dušik, zrak.

Končno, tretja skupina vključuje številne snovi (predvsem kovine in zlitine), katerih magnetna prepustnost znatno (za več vrst velikosti) presega enoto. Te snovi so feromagneti. Sem spadajo predvsem nikelj, železo, kobalt in njihove zlitine. Za jeklo µ = 8∙10^3, za zlitino nikelj-železo µ=2,5∙10^5. Feromagneti imajo lastnosti, ki jih razlikujejo od drugih snovi. Prvič, imajo preostali magnetizem. Drugič, njihova magnetna prepustnost je odvisna od velikosti indukcije zunanjega polja. Tretjič, za vsakega od njih obstaja določen temperaturni prag, imenovan Curiejeva točka, pri katerem izgubi svoje feromagnetne lastnosti in postane paramagnet. Za nikelj je Curiejeva točka 360°C, za železo pa 770°C.

Lastnosti feromagnetov niso določene le z magnetno prepustnostjo, temveč tudi z vrednostjo I, imenovano magnetizacija te snovi. To je zapletena nelinearna funkcija magnetne indukcije, rast magnetizacije je opisana s črto, imenovano magnetna krivulja. V tem primeru, ko doseže določeno točko, magnetizacija praktično preneha rasti (pride magnetna nasičenost). Zaostajanje vrednosti magnetiziranosti feromagneta od naraščajoče vrednosti indukcije zunanjega polja se imenuje magnetna histereza. V tem primeru obstaja odvisnost magnetnih lastnosti feromagneta ne le od njegovega trenutnega stanja, temveč tudi od njegove prejšnje magnetizacije. Grafični prikaz krivulje te odvisnosti se imenuje histerezna zanka.

Zaradi svojih lastnosti se feromagneti pogosto uporabljajo v inženirstvu. Uporabljajo se v rotorjih generatorjev in elektromotorjev, pri izdelavi transformatorskih jeder in pri izdelavi delov za elektronske računalnike. feromagneti se uporabljajo v magnetofonih, telefonih, magnetnih trakovih in drugih medijih.

Dielektrična konstanta snovi

Snov		Snov
Plini in vodna para		Tekočine
dušik	1,0058	glicerol	43
vodik	1,00026	Tekoči kisik (pri t = -192,4 o C)	1,5
Zrak	1,00057	Transformatorsko olje	2,2
Vakuumski	1,00000	Alkohol	26
Vodna para (pri t=100 o C)	1,006	eter	4,3
helij	1,00007	Trdne snovi
Kisik	1,00055	Diamant	5,7
Ogljikov dioksid	1,00099	Voščeni papir	2,2
Tekočine		les suh	2,2-3,7
Tekoči dušik (pri t = -198,4 o C)	1,4	Led (pri t = -10 o C)	70
Bencin	1,9-2,0	Parafin	1,9-2,2
Voda	81	Guma	3,0-6,0
vodik (pri t= - 252,9 o C)	1,2	Sljuda	5,7-7,2
Tekoči helij (pri t = - 269 o C)	1,05	Steklo	6,0-10,0
		barijev titanat	1200
		porcelan	4,4-6,8
		Jantar	2,8

Opomba. Električna konstanta ԑ o (prepustnost vakuuma) enaka: ԑ o = 1\4πs 2 * 10 7 F / m ≈ 8,85 * 10 -12 F / m

Magnetna prepustnost snovi

Opomba. Magnetna konstanta μ o (vakuumska magnetna permeabilnost) je: μ o = 4π * 10 -7 H/m ≈ 1,257 * 10 -6 H/m

Magnetna prepustnost feromagnetov

Tabela prikazuje vrednosti magnetne prepustnosti za nekatere feromagnete (snovi z μ > 1). Magnetna prepustnost za feromagnete (železo, lito železo, jeklo, nikelj itd.) ni konstantna. Tabela prikazuje največje vrednosti.

1 Permalloy-68- zlitina 68% niklja in železa 325; Ta zlitina se uporablja za izdelavo transformatorskih jeder.

Curiejeva temperatura

Električna upornost materialov

Visokoodporne zlitine

Ime zlitine	Električna upornost µOhm m	Sestava zlitine, %
				mangan	Drugi elementi
Constantan	0,50	54	45	1	-
Kopel	0,47	56,5	43	0,05	-
Manganin	0,43	> 85	2-4	12	-
Nikelj srebro	0,3	65	15	-	20 Zn
Nikelj	0,4	68,5	30	1,5	-
nikrom	1,1	-	> 60	< 4	30 < Cr ост. Fe
Fechral	1,3	-	-	-	12-15 Cr 3-4 Al 80< Fe

Temperaturni koeficienti električnega upora prevodnikov

Dirigent		Dirigent
aluminij		nikelj
Volfram		nikrom
železo		Kositer
Zlato		Platina
Constantan		Merkur
Medenina		Svinec
magnezija		Srebrna
Manganin		Jeklo
baker		Fechral
Nikelj srebro		Cink
Nikelj		Lito železo

Superprevodnost prevodnikov

Opombe.
1. Superprevodnost najdemo v več kot 25 kovinskih elementih ter v velikem številu zlitin in spojin.
2. Superprevodnik z najvišjo temperaturo prehoda v superprevodno stanje -23,2 K (-250,0 o C) - je bil do nedavnega niobijev germanid (Nb 3 Ge). Konec leta 1986 je bil pridobljen superprevodnik s prehodno temperaturo ≈ 30 K (≈ -243 o C). Poročajo o sintezi novih visokotemperaturnih superprevodnikov: keramike (proizvedene s sintranjem oksidov barija, bakra in lantana) s prehodno temperaturo ≈ 90-120 K.

Električna upornost nekaterih polprevodnikov in dielektrikov

Snov	Temperatura stekla, o С	Upornost
		Ohm m	Ohm mm2/m
Polprevodniki
Antimonid indij	17	5,8 x 10 -5	58
Bor	27	1,7 x 10 4	1,7 x 10 10
germanij	27	0,47	4,7 x 10 5
silicij	27	2,3 x 10 3	2,3 x 10 9
Svinčev (II) selenid (PbSe)	20	9,1 x 10 -6	9,1
Svinčev (II) sulfid (PbS)	20	1,7 x 10 -5	0,17
Dielektriki
Destilirana voda	20	10 3 -10 4	10 9 -10 10
Zrak	0	10 15 -10 18	10 21 -10 24
Čebelji vosek	20	10 13	10 19
Suhi les	20	10 9 -10 10	10 15 -10 16
Kremen	230	10 9	10 15
Transformatorsko olje	20	10 11 -10 13	10 16 -10 19
Parafin	20	10 14	10 20
Guma	20	10 11 -10 12	10 17 -10 18
Sljuda	20	10 11 -10 15	10 17 -10 21
Steklo	20	10 9 -10 13	10 15 -10 19

Električne lastnosti plastike

plastično ime	Dielektrična konstanta
Getinax	4,5-8,0	10 9 -10 12
Kapron	3,6-5,0	10 10 -10 11
Lavsan	3,0-3,5	10 14 -10 16
Organsko steklo	3,5-3,9	10 11 -10 13
stiropor	1,0-1,3	≈ 10 11
polistiren	2,4-2,6	10 13 -10 15
PVC	3,2-4,0	10 10 -10 12
polietilen	2,2-2,4	≈ 10 15
Fiberglass	4,0-5,5	10 11 -10 12
Tekstolit	6,0-8,0	10 7 -10 19
Celuloid	4,1	10 9
ebonit	2,7-3,5	10 12 -10 14

Električna upornost elektrolitov (pri t=18 o C in 10 % koncentraciji raztopine)

Opomba. Specifična odpornost elektrolitov je odvisna od temperature in koncentracije, t.j. iz razmerja med maso raztopljene kisline, alkalije ali soli na maso raztopljene vode. Pri navedeni koncentraciji raztopin zvišanje temperature za 1 o C zmanjša upornost raztopine, vzete pri 18 o C, za 0,012 natrijevega hidroksida, za 0,022 za bakrov sulfat, za 0,021 za natrijev klorid, za 0,013 za žveplovo kislino in za 0,003 - za 100% žveplovo kislino.

Specifična električna upornost tekočin

Tekočina	Specifični električni upor, Ohm m	Tekočina	Specifični električni upor, Ohm m
Aceton	8,3 x 10 4	Staljene soli:
destilirano vodo	10 3 - 10 4	kalijev hidroksid (KOH; pri t = 450 o C)	3,6 x 10 -3
morska voda	0,3	natrijev hidroksid (NaOH; pri t = 320 o C)	4,8 x 10 -3
rečna voda	10-100	natrijev klorid (NaCI; pri t = 900 o C)	2,6 x 10 -3
Tekoči zrak (pri t = -196 o C)	10 16	soda (Na 2 CO 3 x 10H 2 O; pri t = 900 o C)	4,5 x 10 -3
glicerol	1,6 x 10 5	Alkohol	1,5 x 10 5
kerozin	10 10
Taljen naftalen (pri (pri t = 82 o C)	2,5 x 10 7