Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 11 января 2020 года; проверки требуют 11 правок.
Магни́тная проница́емость — физическая величина, коэффициент (зависящий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля в веществе.
Для разных сред этот коэффициент различен, поэтому говорят о магнитной проницаемости конкретной среды (подразумевая её состав, состояние, температуру и т. д.).
Обычно обозначается греческой буквой . Может быть как скаляром (у изотропных веществ), так и тензором (у анизотропных).
История[править | править код]
Впервые этот термин встречается в работе Вернера Сименса «Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus» («Вклад в теорию электромагнетизма») опубликованной в 1881 году[1].
Определения[править | править код]
Соотношение между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля через магнитную проницаемость вводится как:
- ,
и в общем случае здесь следует понимать как тензор, что в компонентной записи имеет вид[2]:
- .
Для изотропных веществ запись означает умножение вектора на скаляр (магнитная проницаемость сводится в этом случае к скаляру).
Через обозначена магнитная постоянная. В гауссовой системе эта постоянная безразмерна и равна 1, а в Международной системе единиц (СИ) Гн/м (Н/А2).
Магнитная проницаемость в обеих системах единиц является безразмерной величиной. Иногда при пользовании СИ произведение именуют абсолютной, а коэффициент — относительной магнитной проницаемостью.
Смысл[править | править код]
Величина магнитной проницаемости отражает, насколько массово магнитные моменты отдельных атомов или молекул данной среды ориентируются параллельно приложенному внешнему магнитному полю некоей стандартной напряжённости и насколько велики эти моменты. Значениям близким к 1 соответствует слабая ориентированность моментов (почти хаос в направлениях, как без поля) и их малость, а далёким от 1, наоборот, высокая упорядоченность и большие величины или большое число индивидуальных магнитных моментов.
Есть аналогия с содержанием понятия «диэлектрическая проницаемость» как показателя меры реагирования электрических дипольных моментов молекул на электрическое поле.
Свойства[править | править код]
Магнитная проницаемость в СИ связана с магнитной восприимчивостью χ соотношением:
- ,
а в гауссовой системе аналогичное соотношение выглядит как
- .
Вообще говоря, магнитная проницаемость зависит как от свойств вещества, так и от величины и направления магнитного поля для анизотропных веществ (и, кроме того, от температуры, давления и т. д.).
Также она зависит от скорости изменения поля со временем, в частности, для синусоидального изменения поля — зависит от частоты этого колебания (в этом случае для описания намагничивания вводят комплексную магнитную проницаемость, чтобы описать влияние вещества на сдвиг фазы B относительно H). При достаточно низких частотах — небольшой быстроте изменения поля, её можно обычно считать в этом смысле независимой от частоты.
Схематический график зависимости ‘B’ от ‘H’ (кривая намагничивания) для ферромагнетиков, парамагнетиков и диамагнетиков, а также для вакуума, иллюстрирующий различие магнитной проницаемости (представляющей собою наклон графика) для: ферромагнетиков (μf), парамагнетиков (μp), вакуума(μ0) и диамагнетиков (μd)
Магнитная проницаемость сильно зависит от величины поля для нелинейных по магнитной восприимчивости сред (типичный пример — ферромагнетики, для которых характерен магнитный гистерезис). Для таких сред магнитная проницаемость, как независящее от поля число, может указываться приближенно, в линейном приближении.
Для неферромагнитных сред линейное приближение const достаточно хорошо выполняется для широкого диапазона изменения величины поля.
Классификация веществ по значению магнитной проницаемости[править | править код]
Подавляющее большинство веществ относятся либо к классу диамагнетиков (), либо к классу парамагнетиков (). Но существует ряд веществ — ферромагнетики, например железо — которые обладают более выраженными магнитными свойствами.
Для ферромагнетиков, вследствие гистерезиса, понятие магнитной проницаемости, строго говоря, неприменимо. Однако, в определённом диапазоне изменения намагничивающего поля (в тех случаях, когда можно было пренебречь остаточной намагниченностью, но до насыщения) можно, в лучшем или худшем приближении, всё же представить эту зависимость как линейную (а для магнитомягких материалов ограничение снизу может быть и не слишком практически существенно), и в этом смысле величина магнитной проницаемости бывает измерена и для них.
Сверхпроводники в ряде деталей ведут себя так, как если бы их магнитная проницаемость равнялась нулю: материал выталкивает магнитное поле при переходе в сверхпроводящее состояние. Иногда формально говорят, что сверхпроводники — идеальные диамагнетики, хотя ситуация более сложна.
Магнитная проницаемость воздуха примерно равна магнитной проницаемости вакуума и в технических расчетах принимается равной единице[3].
Таблицы значений[править | править код]
В двух таблицах ниже приведены значения магнитной проницаемости некоторых[4] веществ.
Примечание о пользовании первой таблицей:
- берем значение парамагнетика, например, воздуха – 0,38, умножаем его на и прибавляем единицу, получаем = 1,00000038,
- берем значение диамагнетика, например, воды – 9, умножаем его на и вычитаем из единицы, получаем = 0,999991.
Парамагнетики, |
Диамагнетики, |
||
---|---|---|---|
Азот | 0,013 | Водород | 0,063 |
Воздух | 0,38 | Бензол | 7,5 |
Кислород | 1,9 | Вода | 9 |
Эбонит | 14 | Медь | 10,3 |
Алюминий | 23 | Стекло | 12,6 |
Вольфрам | 176 | Каменная соль | 12,6 |
Платина | 360 | Кварц | 15,1 |
Жидкий кислород | 3400 | Висмут | 176 |
Medium | Восприимчивость (объемная, СИ) |
Абсолютная проницаемость , Гн/м | Относительная проницаемость | Магнитное поле | Максимум частоты |
---|---|---|---|---|---|
Метглас (англ. Metglas) | 1,25 | 1 000 000[5] | при 0,5 Тл | 100 кГц | |
Наноперм (англ. Nanoperm) | 10⋅10-2 | 80 000[6] | при 0,5 Тл | 10 кГц | |
Мю-металл | 2,5⋅10-2 | 20 000[7] | при 0,002 Тл | ||
Мю-металл | 50 000[8] | ||||
Пермаллой | 1,0⋅10-2 | 8000[7] | при 0,002 Тл | ||
Электротехническая сталь | 5,0⋅10-3 | 4000[7][нет в источнике] | при 0,002 Тл | ||
Никель-цинковый Феррит | 2,0⋅10-5 — 8,0⋅10-4 | 16-640 | от 100 кГц до 1 МГц[источник не указан 4122 дня] | ||
Марганец-цинковый Феррит | >8,0⋅10-4 | 640 (и более) | от 100 кГц до 1 МГц | ||
Сталь | 1,26⋅10-4 | 100[7] | при 0,002 Тл | ||
Никель | 1,25⋅10-4 | 100[7] — 600 | при 0,002 Тл | ||
Неодимовый магнит | 1,05[9] | до 1,2—1,4 Тл | |||
Платина | 1,2569701⋅10-6 | 1,000265 | |||
Алюминий | 2,22⋅10-5[10] | 1,2566650⋅10-6 | 1,000022 | ||
Дерево | 1,00000043[10] | ||||
Воздух | 1,00000037[11] | ||||
Бетон | 1[12] | ||||
Вакуум | 0 | 1,2566371⋅10-6 (μ0) | 1[13] | ||
Водород | −2,2⋅10-9[10] | 1,2566371⋅10-6 | 1,0000000 | ||
Фторопласт | 1,2567⋅10-6[7] | 1,0000 | |||
Сапфир | −2,1⋅10-7 | 1,2566368⋅10-6 | 0,99999976 | ||
Медь | −6,4⋅10-6 или −9,2⋅10-6[10] |
1,2566290⋅10-6 | 0,999994 | ||
Вода | −8,0⋅10-6 | 1,2566270⋅10-6 | 0,999992 | ||
Висмут | −1,66⋅10-4 | 1 | 0,999834 | ||
Сверхпроводники | −1 | 0 | 0 |
См. также[править | править код]
- Магнитная восприимчивость
- Диэлектрическая проницаемость
Примечания[править | править код]
- ↑ Werner von Siemens, Lebenserinnerungen
- ↑ Подразумевается суммирование по повторяющемуся индексу (j), то есть запись следует понимать так: . Эта запись, как легко видеть, означает умножение вектора слева на матрицу по правилам матричного умножения.
- ↑ Намагничивание стали. Магнитная проницаемость. Дата обращения: 16 июля 2011. Архивировано из оригинала 19 марта 2011 года.
- ↑ Магнитная проницаемость. Магнитная проницаемость среды. Относительная магнитная проницаемость. Магнитная проницаемость вещества. Дата обращения: 16 июля 2011. Архивировано из оригинала 12 февраля 2012 года.
- ↑ “Metglas Magnetic Alloy 2714A”, ”Metglas” (недоступная ссылка — история). Metglas.com. Дата обращения: 8 ноября 2011. Архивировано 3 июня 2012 года.
- ↑ “Typical material properties of NANOPERM”, ”Magnetec” (PDF). Дата обращения: 8 ноября 2011.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 “Relative Permeability”, ”Hyperphysics”. Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Дата обращения: 8 ноября 2011. Архивировано 3 июня 2012 года.
- ↑ Nickel Alloys-Stainless Steels, Nickel Copper Alloys, Nickel Chromium Alloys, Low Expansion Alloys. Nickel-alloys.net. Дата обращения: 8 ноября 2011. Архивировано 3 июня 2012 года.
- ↑ Juha Pyrhönen, Tapani Jokinen, Valéria Hrabovcová. Design of Rotating Electrical Machines (неопр.). — John Wiley and Sons, 2009. — С. 232. — ISBN 0-470-69516-1.
- ↑ 1 2 3 4 Richard A. Clarke. Clarke, R. ”Magnetic properties of materials”, surrey.ac.uk. Ee.surrey.ac.uk. Дата обращения: 8 ноября 2011. Архивировано 3 июня 2012 года.
- ↑ B. D. Cullity and C. D. Graham (2008), Introduction to Magnetic Materials, 2nd edition, 568 pp., p.16
- ↑ NDT.net. Determination of dielectric properties of insitu concrete at radar frequencies. Ndt.net. Дата обращения: 8 ноября 2011. Архивировано 3 июня 2012 года.
- ↑ точно, по определению.
Магнитная проницаемость среды железа, стали и ферромагнитных тел (Таблица)
Магнитная проницаемость ферромагнитных тет
Магнитная проницаемость μ ферромагнитных тел определяется выражением:
μ = B/H
где В обозначает магнитную индукцию в теле, а H — напряженность внешнего намагничивающего поля.
В справочной таблице даны значения В и μ при изменении Н в пределах от 1 до 6000 эрстед для: 1) электролитического железа (Fe); 2) никеля (Ni), кобальта (Со) и сплава Гейслера (75,6% Си + 14,25% Mn + 10,15% Al)
H |
Fe |
Ni |
Co |
Сплав Гейслера |
||||
В |
μ |
В |
μ |
В |
μ |
В |
μ |
|
1,0 |
5800 |
5800 |
650 |
650 |
— |
— |
— |
— |
1,5 |
7500 |
5000 |
1350 |
900 |
— |
— |
— |
— |
2,5 |
9200 |
3680 |
2800 |
1120 |
210 |
84 |
120 |
48 |
5,0 |
11000 |
2200 |
4330 |
865 |
570 |
114 |
400 |
80 |
10 |
12300 |
1230 |
4940 |
494 |
1700 |
170 |
720 |
72 |
20 |
13450 |
673 |
5400 |
270 |
3400 |
170 |
1070 |
54 |
50 |
14850 |
297 |
5850 |
117 |
5960 |
119 |
1540 |
31 |
100 |
16000 |
160 |
6200 |
62 |
7840 |
78 |
1970 |
20 |
150 |
16860 |
112 |
6400 |
43 |
9000 |
60 |
2250 |
15 |
300 |
18400 |
61,3 |
6700 |
22 |
— |
— |
2800 |
9,3 |
500 |
19200 |
38,4 |
6910 |
14 |
— |
— |
3120 |
6,2 |
1000 |
20000 |
20,0 |
7370 |
7,4 |
— |
— |
3670 |
3,7 |
2000 |
21060 |
10,5 |
8400 |
4,2 |
_ |
_ |
4710 |
2,4 |
3000 |
22100 |
7,4 |
9380 |
3,1 |
— |
— |
5750 |
1,9 |
4000 |
23130 |
5,8 |
1040 |
2,6 |
— |
— |
6780 |
1,7 |
5000 |
24120 |
4,8 |
— |
— |
— |
— |
7790 |
1,6 |
6000 |
25130 |
4,2 |
— |
— |
— |
— |
8790 |
1,5 |
Магнитная проницаемость железа и стали в слабых полях
Значения магнитной проницаемости μ даны при изменении H в пределах от 0,01 до 0,2 эрстед для: 1) электролитического железа неотожженного; 2) стали динамомашинной неотожженной, отожженной один раз и отожженной два раза.
H |
Значения магнитной проницаемости μ |
|||
Железо неотожженное |
Сталь |
|||
неотожж. |
отожж. 1 раз |
отожж. 2 раза |
||
0,01 |
300 |
413 |
522 |
351 |
0,03 |
420 |
437 |
586 |
433 |
0,05 |
560 |
463 |
650 |
540 |
0,10 |
975 |
532 |
786 |
872 |
0 15 |
1500 |
590 |
912 |
1390 |
0,20 |
2100 |
638 |
1040 |
3030 |
_______________
Источник информации: КРАТКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК/ Том 1, – М.: 1960.
Таблицы DPVA.ru – Инженерный Справочник
Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Физический справочник / / Электрические и магнитные величины / / Магнитная проницаемость. Магнитная постоянная. / / Магнитная проницаемость основных материалов, таблица.
Магнитная проницаемость основных материалов, таблица.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос: |
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Коды баннеров проекта DPVA.ru
Начинка: KJR Publisiers
Консультации и техническая
поддержка сайта: Zavarka Team
Free xml sitemap generator
Конечно, в железе создалось поле с индукцией вместо которые получились бы в воздухе. Поэтому можно сказать, что по сравнению с воздухом железо в 2400 раз более «проницаемо» для магнитного поля.
Относительной магнитной проницаемостью железа можно назвать отношение магнитных индукций в железе и в воздухе
если магнитное поле наблюдается внутри одинаковых кольцевых катушек, одна из которых намотана на железном кольце, а другая не содержит никаких ферромагнитных тел.
При этом, конечно, значения индукции и Вв определяются при одном и том же значении удельного полного тока.
Магнитная проницаемость одного и того же ферромагнитного материала при различных значениях индукции различна. В самом деле, представим магнитную характеристику, показанную на рис. 3.4, в виде таблицы: в первой строке поставлены значения удельного полного тока , во второй — значения магнитной индукции, наблюдаемой в железе (замкнутое кольцо внутри катушки), в третьей — значения магнитной индукции в такой же кольцевой катушке без ферромагнитных тел, увеличенная в 10 000 раз.
Первая строка таблицы соответствует опытам, по которым построена магнитная характеристика рис. 3.4. Вторая строка вычислена по формуле
Значения относительной магнитной проницаемости для разных индукций вычислены по формуле
Как видно из таблицы, магнитная проницаемость сначала растет, а затем уменьшается. Полученные результаты могут быть изображены графиком, показанным на рис. 3.5.
Рис. 3.5. Относительная магнитная проницаемость чистого железа в зависимости от удельного полного тока
Первые исследования магнитных свойств материалов на замкнутых кольцевых образцах и установление характера и зменения проницаемости с полем принадлежат профессору Московского университета А. Г. Столетову. Он подчеркивал, что для развивающейся электротехники знать магнитные свойства стали так же важно, как для строителей паровых машин знать свойства пара.
Уменьшение относительной магнитной проницаемости с ростом индукции представляет вторую характерную особенность ферромагнитных тел. Сначала они легко намагничиваются; магнитная индукция достигает больших значений при достаточно слабых намагничивающих токах. Однако дальнейшее увеличение магнитной индукции требует все более значительного увеличения тока — создать индукцию выше приблизительно 2,0-2,2 Тл в железе очень трудно. На это указывает пологий ход магнитной характеристики, изображенной на рис. 3.4, в области больших индукций.
Чтобы увеличить индукцию от 1,65 до нужно увеличить удельный полный ток от 100 до 1000 А. Но для того чтобы увеличить индукцию еще на требуется увеличить намагничивающий ток до 2000 А/см (см. табл. 3.1). При индукции порядка наступает, как говорят, магнитное насыщение.
Пример 1. В кольцевой катушке с числом витков при средней длине стального сердечника 25 см протекает ток I = 1 А. Магнитный поток в стальном сердечнике, имеющем поперечное сечение оказывается равным
Требуется определить магнитную проницаемость стали.
Решение. Магнитная индукция стали
В той же катушке при отсутствии ферромагнитного сердечника индукция была бы равна
Значение относительной магнитной проницаемости при индукции 1,45 Тл
Пример 2. В той же кольцевой катушке при токе 10 А магнитный поток в стали достиг значения
Показать, что относительная магнитная проницаемость при новом значении индукции уменьшилась до
Решение этого примера предоставляем читателю.
Углеродистая сталь представляет собой металлический сплав, состоящий из железа и примерно 0.05-2.1% углерода. Давайте изучим магнитные характеристики углеродистой стали.
Углеродистая сталь является магнитной, так как содержит максимальный процент железа, которое само по себе является хорошим магнитным материалом. Он проявляет ферромагнетизм, т. е. притягивается магнитом, а также, когда углеродистая сталь помещается в сильное магнитное поле, сама углеродистая сталь ведет себя как магнит.
Углеродистая сталь также состоит из определенного количества элементов, таких как хром, кобальт, никель, ниобий и т. д., для получения желаемой структуры сплава большинство из них проявляют магнетизм. В этом посте давайте подробнее проиллюстрируем магнитные свойства углеродистой стали.
Почему углеродистая сталь ферромагнитна?
Ферромагнетизм — это свойство, при котором некоторые незаряженные материалы сильно притягиваются к другим материалам. Проверим, является ли углеродистая сталь ферромагнитным материалом.
Углеродистая сталь является ферромагнитной из-за своей структуры. При комнатной температуре атомы, присутствующие в углеродистой стали, обладают объемно-центрированной кубической структурой, которая обеспечивает высокую силу притяжения, позволяя электронам принимать параллельное вращение в том же направлении, которое придает углеродистой стали ферромагнетизм.
При более высокой температуре свыше 1300°F углеродистая сталь приобретает гранецентрированную кубическую структуру, которая не вызывает никакого магнитного взаимодействия. Таким образом, углеродистая сталь немагнитна при высокой температуре.
Магнитная проницаемость углеродистой стали
Магнитная проницаемость дает меру степени проникновения магнитного поля через данный материал. Обсудим магнитную проницаемость углеродистой стали.
Расчетное значение магнитной проницаемости углеродистой стали составляет 1.26×10-4 Н/м, а его относительная проницаемость примерно равна 100. Величина проницаемости углеродистой стали зависит от количества углерода. Если количество углерода низкое, более высокое значение проницаемость из углеродистой стали.
Магнитные свойства углеродистой стали
Углеродистая сталь представляет собой твердый металлический сплав и менее пластичный, чаще всего используемый для изготовления столовых приборов. Приведем перечень магнитных свойств, проявляемых углеродистой сталью.
- Ферромагнитное поведение углеродистой стали зависит от температуры.
- Углеродистая сталь имеет относительно высокую магнитную проницаемость.
- Компания потеря гистерезиса в углеродистой стали больше, что означает, что они быстро теряют магнетизм.
Магнитное насыщение углеродистой стали
Магнитное насыщение возникает, когда увеличение магнитного поля не может увеличить намагниченность материала. Обсудим магнитное насыщение углеродистой стали.
Магнитное насыщение, приобретаемое углеродистой сталью, составляет примерно 2 Тл. Магнитное насыщение богатой железом углеродистой стали уменьшается с увеличением количества кобальта и никеля, присутствующих в сплаве. Если проницаемость углеродистой стали падает до 1, говорят, что материал достигает магнитного насыщения.
Является ли низкоуглеродистая сталь магнитной?
Низкоуглеродистая сталь содержит максимальное количество железа. Остановимся на магнитных свойствах низкоуглеродистой стали.
Низкоуглеродистая сталь является магнитной, поскольку состоит из феррита, обладающего объемно-центрированной кубической структурой, что означает, что низкоуглеродистая сталь проявляет ферромагнетизм.
Несмотря на то, что низкоуглеродистая сталь является ферромагнитным материалом, из нее трудно изготавливать постоянные магниты, поскольку низкоуглеродистая сталь обладает низкой коэрцитивной силой.
Является ли высокоуглеродистая сталь магнитной?
Высокоуглеродистая сталь очень прочная и никогда не поддается ковке или пластичности. Давайте узнаем о возможности магнетизма в высокоуглеродистой стали.
Высокоуглеродистая сталь является магнитной и обладает ферромагнетизмом из-за присутствующей в углеродистой стали микроструктуры феррита, состоящей из большинства неспаренных электронов и спинов в одном направлении.
Высокоуглеродистая сталь может приобретать временный магнетизм, если ее поместить в мощное и сильное магнитное поле. Высокоуглеродистая сталь содержит определенное количество кобальта и никеля, которые помогают им приобретать магнетизм.
Низкоуглеродистая сталь против высокоуглеродистой стали
Основываясь на процентном содержании углерода, углеродистая сталь превращается в низкоуглеродистую и высокоуглеродистую сталь. Приведем сравнительную таблицу низкоуглеродистой стали и высокоуглеродистой стали.
Характеристики | Низкоуглеродистая сталь | Высокая углеродистая сталь |
---|---|---|
Содержание углерода | Они имеют содержание углерода 0.05% – 0.3% | Они имеют содержание углерода 0.6% – 1.5% |
Наличие других элементов | Содержание углерода имеет очень мало марганца, чтобы быть гибким | Углерод в высоком углероде богат вольфрамом и хромом. |
Силы | Низкоуглеродистая сталь представляет собой мягкий сплав углеродистой стали. | Высокоуглеродистая сталь представляет собой твердый сплав углеродистой стали. |
Углеродное расположение | Низкоуглеродистая сталь обладает структурой ОЦК с высококачественным структурным расположением углерода. | Структурное расположение углерода в высокоуглеродистой стали обычное, имеющее ОЦК-структуру. |
Стоимость и формовка | Низкоуглеродистые стали, недорогие и простые в обработке. | Стоимость высокоуглеродистой стали несколько высока, и ее сложно формовать. |
Приложения | Из-за низкой прочности на растяжение низкоуглеродистая сталь имеет ограниченное применение. | Высокоуглеродистая сталь широко используется в производстве пружинно-кромочного инструмента и проволоки. |
Заключение
Давайте закончим этот пост, заявив, что углеродистая сталь — это сплав твердого металла, отличный от нержавеющей стали. Магнитные свойства углеродистой стали зависят от температуры из-за изменения кристаллической структуры с температурой.
Узнайте больше о Кислоты проводят электричество?
Узнайте больше о Титан проводит электричество?
Узнайте больше о Кобальт проводит электричество?
Узнайте больше о Является ли железо магнитным?
Узнайте больше о Является ли кимберлит магнитным?
Узнайте больше о Является ли чернила магнитными?
Узнайте больше о Является ли Юпитер магнитным?
Узнайте больше о Магнитен ли кевлар?