MAGNETISCHE PERMEABILITÄT: KONSTANTE UND TABELLE - KÖRPERLICH - 2025

Die magnetische Permeabilität ist die physikalische Größe der Eigenschaft der Materie, ein eigenes Magnetfeld zu erzeugen, wenn sie von einem äußeren Magnetfeld durchdrungen wird.

Beide Felder: das externe und das eigene, werden überlagert und ergeben ein resultierendes Feld. Das vom Material unabhängige äußere Feld wird als Magnetfeldstärke H bezeichnet , während das äußere Feld plus das Material in der magnetischen Induktion B induziert wird .

Abbildung 1. Magnet mit einem Materialkern aus μ magnetischer Permeabilität. Quelle: Wikimedia Commons.

Bei homogenen und isotropen Materialien sind die H- und B- Felder proportional. Und die Proportionalitätskonstante (skalar und positiv) ist die magnetische Permeabilität, die mit dem griechischen Buchstaben μ bezeichnet wird:

B = μ H

Im SI International System wird die magnetische Induktion B in Tesla (T) gemessen, während die Magnetfeldstärke H in Ampere über Meter (A / m) gemessen wird.

Da μ die Dimensionshomogenität in der Gleichung gewährleisten muss, lautet die Einheit von μ im SI-System:

= (Tesla ⋅ Meter) / Ampere = (T ⋅ m) / A.

Magnetische Durchlässigkeit des Vakuums

Mal sehen, wie Magnetfelder, deren Absolutwerte wir mit B und H bezeichnen, in einer Spule oder einem Solenoid erzeugt werden. Von dort wird das Konzept der magnetischen Permeabilität des Vakuums eingeführt.

Der Magnet besteht aus einem spiralförmig gewickelten Leiter. Jede Umdrehung der Spirale wird als Umdrehung bezeichnet. Wenn Strom durch den Magneten i fließt, haben wir einen Elektromagneten, der ein Magnetfeld B erzeugt .

Weiterhin ist der Wert der magnetischen Induktion B größer, wenn der Strom i erhöht wird. Und auch wenn die Windungsdichte n zunimmt (Anzahl N Windungen zwischen der Länge d des Magneten).

Der andere Faktor, der den Wert des von einem Magneten erzeugten Magnetfelds beeinflusst, ist die magnetische Permeabilität μ des darin befindlichen Materials. Schließlich ist die Größe des Feldes:

B = μ. i .n = μ. in einem)

Wie im vorherigen Abschnitt angegeben, beträgt die Magnetfeldstärke H:

H = i. (N / d)

Dieses Feld der Größe H, das nur vom Umlaufstrom und der Windungsdichte des Solenoids abhängt, "durchdringt" das Material mit der magnetischen Permeabilität μ und bewirkt, dass es magnetisiert wird.

Dann wird ein Gesamtfeld der Größe B erzeugt, das von dem Material abhängt, das sich innerhalb des Solenoids befindet.

Magnet im Vakuum

Wenn das Material innerhalb des Solenoids ein Vakuum ist, "durchdringt" das H-Feld das Vakuum, wodurch ein resultierendes Feld B erzeugt wird. Der Quotient zwischen dem B-Feld im Vakuum und dem vom Solenoid erzeugten H definiert die Permeabilität des Vakuums. , dessen Wert ist:

μ o = 4π × 10 ^–7 (T⋅m) / A.

Es stellt sich heraus, dass der vorherige Wert bis zum 20. Mai 2019 eine genaue Definition war. Ab diesem Datum wurde eine Überarbeitung des Internationalen Systems vorgenommen, die dazu führt, dass μ oder experimentell gemessen wird.

Bisherige Messungen zeigen jedoch, dass dieser Wert äußerst genau ist.

Tabelle der magnetischen Permeabilität

Materialien haben eine charakteristische magnetische Permeabilität. Jetzt ist es möglich, die magnetische Permeabilität mit anderen Einheiten zu ermitteln. Nehmen wir zum Beispiel die Induktivitätseinheit Henry (H):

1H = 1 (T * m ² ) / A.

Vergleicht man diese Einheit mit der zu Beginn angegebenen, so zeigt sich, dass es eine Ähnlichkeit gibt, obwohl der Unterschied der Quadratmeter ist, den Henry besitzt. Aus diesem Grund wird die magnetische Permeabilität als Induktivität pro Längeneinheit betrachtet:

= H / m.

Die magnetische Permeabilität μ hängt eng mit einer anderen physikalischen Eigenschaft von Materialien zusammen, die als magnetische Suszeptibilität χ bezeichnet wird und definiert ist als:

μ = μ oder (1 + χ)

Im vorherigen Ausdruck μ o ist die magnetische Permeabilität des Vakuums.

Die magnetische Suszeptibilität χ ist die Proportionalität zwischen dem externen Feld H und der Magnetisierung des Materials M .

Relative Permeabilität

Es ist sehr üblich, die magnetische Permeabilität in Bezug auf die Permeabilität des Vakuums auszudrücken. Es ist als relative Permeabilität bekannt und nichts anderes als der Quotient zwischen der Permeabilität des Materials und der des Vakuums.

Nach dieser Definition ist die relative Permeabilität ohne Einheit. Es ist jedoch ein nützliches Konzept zur Klassifizierung von Materialien.

Beispielsweise sind Materialien ferromagnetisch, solange ihre relative Permeabilität viel größer als eins ist.

In gleicher Weise haben paramagnetische Substanzen eine relative Permeabilität knapp über 1.

Und schließlich haben diamagnetische Materialien relative Permeabilitäten knapp unterhalb der Einheit. Der Grund ist, dass sie so magnetisiert werden, dass sie ein Feld erzeugen, das dem externen Magnetfeld entgegengesetzt ist.

Es ist erwähnenswert, dass ferromagnetische Materialien ein als "Hysterese" bekanntes Phänomen darstellen, bei dem sie die zuvor angelegten Felder in Erinnerung behalten. Aufgrund dieser Eigenschaft können sie einen Permanentmagneten bilden.

Abbildung 2. Magnetische Ferritspeicher. Quelle: Wikimedia Commons

Aufgrund des magnetischen Speichers ferromagnetischer Materialien waren die Speicher früher digitaler Computer kleine Ferrit-Toroide, die von Leitern durchquert wurden. Dort haben sie den Inhalt (1 oder 0) des Speichers gespeichert, extrahiert oder gelöscht.

Materialien und ihre Durchlässigkeit

Hier sind einige Materialien mit ihrer magnetischen Permeabilität in H / m und ihrer relativen Permeabilität in Klammern:

Eisen: 6,3 x 10 & ^supmin ; ^³ (5000)

Kobalt-Eisen : 2,3 · 10 & ^supmin ; ² (18000)

Nickel-Eisen: 1,25 x 10 & ^supmin ; ¹ (100000)

Mangan-Zink: 2,5 x 10 & ^supmin ; ² (20000)

Kohlenstoffstahl: 1,26 x 10 & supmin; & ^sup4; (100)

Neodym-Magnet: 1,32 x 10 & supmin; & ^sup5; (1,05)

Platin: 1,26 x 10 ^-6 1.0003

Aluminium: 1,26 x 10 ^-6 1,00002

Air 1,256 x 10 ^-6 (1,0000004)

Teflon 1,256 x 10 ^-6 (1,00001)

Trockenes Holz 1,256 x 10 ^-6 (1,0000003)

Kupfer 1,27 x10 ^-6 (0,999)

Reines Wasser 1,26 x 10 ^-6 (0,999992)

Supraleiter: 0 (0)

Tabellenanalyse

Ein Blick auf die Werte in dieser Tabelle zeigt, dass es eine erste Gruppe mit magnetischer Permeabilität im Vergleich zu Vakuum mit hohen Werten gibt. Dies sind ferromagnetische Materialien, die sich sehr gut zur Herstellung von Elektromagneten zur Erzeugung großer Magnetfelder eignen.

Abbildung 3. Kurven B vs. H für ferromagnetische, paramagnetische und diamagnetische Materialien. Quelle: Wikimedia Commons.

Dann haben wir eine zweite Gruppe von Materialien mit einer relativen magnetischen Permeabilität knapp über 1. Dies sind die paramagnetischen Materialien.

Dann können Sie Materialien mit einer relativen magnetischen Permeabilität knapp unterhalb der Einheit sehen. Dies sind diamagnetische Materialien wie reines Wasser und Kupfer.

Endlich haben wir einen Supraleiter. Supraleiter haben keine magnetische Permeabilität, da sie das Magnetfeld in ihnen vollständig ausschließen. Supraleiter sind nutzlos, um im Kern eines Elektromagneten verwendet zu werden.

Es werden jedoch häufig supraleitende Elektromagnete gebaut, aber der Supraleiter wird in der Wicklung verwendet, um sehr hohe elektrische Ströme zu erzeugen, die hohe Magnetfelder erzeugen.

Verweise

1. Dialnet. Einfache Experimente zur Ermittlung der magnetischen Permeabilität. Wiederhergestellt von: dialnet.unirioja.es
2. Figueroa, D. (2005). Reihe: Physik für Wissenschaft und Technik. Band 6. Elektromagnetismus. Herausgegeben von Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, D. 2006. Physik: Prinzipien mit Anwendungen. 6. Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, L. 2007. Physik: Ein Blick auf die Welt. 6. gekürzte Ausgabe. Lernen einbinden. 233.
5. Youtube. Magnetismus 5 - Durchlässigkeit. Wiederhergestellt von: youtube.com
6. Wikipedia. Magnetfeld. Wiederhergestellt von: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Durchlässigkeit (Elektromagnetismus). Wiederhergestellt von: en.wikipedia.com