Магнитна проницаемост — определение, формула и стойности на μ и μr

Пропускливостта (магнитна проницаемост) е свойство на даден материал, което описва колко плътно би било магнитното поле, ако през него преминава същото количество ток. Пропускливостта се измерва в хенери на метър (H/m), а символът ѝ е μ {\displaystyle \mu } .

Тъй като празното пространство има постоянна проницаемост (наречена проницаемост на свободното пространство или μ 0 {\displaystyle \mu _{0}}) от точно 0,0000004 × π {\displaystyle 0,0000004\times \pi } , в практиката често се използва относителната пропускливост на материалите.

Формула и връзка с μr

Относителната пропускливост се обозначава с μ r {\displaystyle \mu _{r}} и се дефинира като отношението на пропускливостта на материала към пропускливостта на свободното пространство:

μ r = μ / μ 0 {\displaystyle \mu _{r}=\mu /\mu _{0}}.

Свързани понятия:

• Магнитна восприемчивост (χm): χm = μr − 1. Това дава мярка за това доколко материалът се магнетизира в присъствието на външно магнитно поле.
• Единици: както μ, така и μr нямат допълнителни измервателни единици извън H/m за абсолютната μ; μr е безразмерна (отношение).

Типове материали и типични стойности

Проницаемостта на повечето материали е много близка до 1, което означава, че тяхната μ е почти равна на μ0 и често може да бъде пренебрегната при базови пресмятания. Най-големите изключения са материалите, наречени феромагнитни материали, които могат да имат много голяма μr:

• Желязо: типични стойности на μr за меко желязо варират силно (от няколко стотици до няколко хиляди); в примера по-горе е посочено число около 5000.
• Никел: около 600 (в зависимост от сплавта и обработката).
• Специални сплави (например пермалой): могат да имат μr в порядъка на 10^5–10^6.
• Парамагнитни материали: μr е малко по-голяма от 1 (например алуминий, платина).
• Диамагнитни материали: μr е малко по-малка от 1 (например графит, мед, бизмут).

Някои материали са специално разработени така, че да имат проницаемост, която е един милион пъти по-голяма от тази на празното пространство (μr ≈ 10^6) — те се използват за магнетични екрани, трансформаторни сърцевини и др.

Зависимост от магнитно поле, честота и температура

Важно е да се има предвид, че μ и μr не са винаги константи:

• Нелинейност и насичане: при феромагнитни материали μr зависи от интензитета на магнитното поле H; при по-големи полета материалът може да достигне насичане и μr да спадне.
• Честотна зависимост: при високи честоти (особено в радиочестотния и микровълновия диапазон) μ става комплексна: μ = μ′ − jμ″, където μ′ е реалната част (свързана с енергетично съхранение), а μ″ — загубите (дисипация).
• Температурна зависимост: при феромагнитни материали има критична температура (Кюри), над която материалът губи феромагнитните си свойства и μr намалява рязко към стойност около 1.

Измерване и приложения

Измерването на μ и μr се извършва с лабораторни методи: използват се проби в намотки, импедансни измервания, векторни анализатори и др. За практическо инженерно пресмятане често се използва таблица със стойности на μr за различни материали.

Приложения: изборът на материал с подходяща проницаемост е критичен за конструиране на трансформатори, индуктивности, магнитни екрани, дискови зачетни устройства и други електромагнитни уреди.

Кратко резюме: μ е абсолютната магнитна проницаемост (единица H/m), μ0 е константата на свободното пространство (4π×10^−7 H/m или по указанието в текста 0,0000004×π), а μr = μ/μ0 е безразмерната относителна проницаемост. Повечето материали имат μr ≈ 1, но феромагнитните могат да имат много по-големи стойности и да са силно зависими от поле, честота и температура.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява пропускливостта?

В: Как се измерва пропускливостта?

В: Как се нарича постоянната проницаемост на празното пространство?

В: Как измерваме относителната проницаемост?

В: Има ли материали с по-висока от нормалната относителна пропускливост?

Въпрос: Необходимо ли е да се отчита специфичната пермиабилност на материала при изчисляване на магнитните полета?

Търсене по буква