Ce este permeabilitatea magnetică (mu)

Știm din mulți ani de practică tehnică că inductanța bobinei este foarte dependentă de caracteristicile mediului în care se află bobina. Dacă la o bobină de sârmă de cupru se adaugă un miez feromagnetic cu o inductanță cunoscută L0, atunci în alte circumstanțe anterioare curenții de auto-inducție (curenți suplimentari de închidere și deschidere) din această bobină vor crește de multe ori, experimentul va confirma ceea ce va însemna crește de câteva ori inductanţăcare acum va fi egal cu L.

Observație experimentală

Să presupunem că mediul, substanța care umple spațiul din interiorul și din jurul bobinei descrise, este omogen și este generat de curentul care circulă prin conductorul său, camp magnetic situat numai în această zonă anume, fără a depăși granițele sale.

Dacă bobina are o formă toroidală, forma unui inel închis, atunci acest mediu, împreună cu câmpul, va fi concentrat doar în volumul bobinei, deoarece practic nu există câmp magnetic în afara toroidului.Această poziție este valabilă și pentru o bobină lungă - un solenoid, în care toate liniile magnetice sunt de asemenea concentrate în interior - de-a lungul axei.

De exemplu, să presupunem că inductanța unui circuit sau a unei bobine fără miez în vid este egală cu L0. Apoi, pentru aceeași bobină, dar deja într-o substanță omogenă care umple spațiul în care sunt prezente liniile de câmp magnetic ale unei anumite bobine, să fie inductanța L. În acest caz, se dovedește că raportul L / L0 nu este altceva decât permeabilitatea magnetică relativă a substanței specificate (uneori numită doar „permeabilitate magnetică”).

Devine evident: permeabilitatea magnetică este o mărime care caracterizează proprietățile magnetice ale unei substanțe date. Adesea, aceasta depinde de starea materiei (și de condițiile de mediu, cum ar fi temperatura și presiunea) și natura acesteia.

Înțelegerea termenului

Introducerea termenului „permeabilitate magnetică” în raport cu o substanță într-un câmp magnetic este similară cu introducerea termenului „constantă dielectrică” pentru o substanță într-un câmp electric.

Valoarea permeabilității magnetice, determinată de formula de mai sus L / L0, poate fi exprimată și ca raport dintre permeabilitățile magnetice absolute ale unei substanțe date și golul absolut (vid).

Este ușor de văzut: permeabilitatea magnetică relativă (cunoscută și sub denumirea de permeabilitate magnetică) este o mărime adimensională. Dar permeabilitatea magnetică absolută — are dimensiunea Hn / m, aceeași cu permeabilitatea magnetică (absolută!) a vidului (aceasta este constanta magnetică).

De fapt, vedem că mediul (magnetic) afectează inductanța circuitului, iar acest lucru arată clar că o modificare a mediului duce la o modificare a fluxului magnetic Φ care pătrunde în circuit și, prin urmare, la o schimbare a inducției B. , aplicat fiecărui punct al câmpului magnetic.

Sensul fizic al acestei observații este că pentru același curent de bobină (la aceeași intensitate magnetică H) inducerea câmpului său magnetic va fi de un anumit număr de ori mai mare (în unele cazuri mai mică) într-o substanță cu permeabilitate magnetică mu decât în vid complet.

Este așa pentru că mediul este magnetizat, iar ea însăși începe să posede un câmp magnetic.Substanțele care pot fi magnetizate în acest fel se numesc magneți.

Unitatea de măsură a permeabilității magnetice absolute este 1 H / m (Henry pe metru sau Newton pe amper pătrat), adică este permeabilitatea magnetică a unui astfel de mediu unde la o tensiune de câmp magnetic H 1 A / m , a are loc inducția magnetică de 1 T.

Imaginea fizică a fenomenului

Din cele de mai sus este clar că diferite substanțe (magneți) sunt magnetizate sub acțiunea câmpului magnetic al buclei de curent și ca urmare se obține un câmp magnetic, care este suma câmpurilor magnetice — câmpul magnetic al mediului magnetizat. plus bucla de curent, motiv pentru care diferă ca mărime de circuitele de câmp numai cu curent fără mediu. Motivul magnetizării magneților constă în existența celor mai mici curenți în fiecare dintre atomii lor.

În funcție de valoarea permeabilității magnetice, substanțele se clasifică în diamagnetice (mai puțin de unu — magnetizate în raport cu câmpul aplicat), paramagneți (mai mult de unul — magnetizate în direcția câmpului aplicat) și feromagneți (mult mai mult de unul). — magnetizate și au magnetizare după dezactivarea câmpului magnetic aplicat).

Feromagneții se caracterizează prin histerezisprin urmare, conceptul de „permeabilitate magnetică” în forma sa pură nu este aplicabil feromagneților, dar într-un anumit interval de magnetizare, într-o anumită aproximare, se poate distinge o parte liniară a curbei de magnetizare, pentru care va fi posibil să se calculeze permeabilitatea magnetică.

La supraconductori, permeabilitatea magnetică este 0 (deoarece câmpul magnetic este complet deplasat de volumul lor), iar permeabilitatea magnetică absolută a aerului este aproape egală cu vacuum mu (a se citi constanta magnetică). Pentru aer, mu este puțin mai mare de 1.