Was ist magnetische Permeabilität (mu)

Aus langjähriger technischer Praxis wissen wir, dass die Induktivität der Spule stark von den Eigenschaften der Umgebung abhängt, in der sich die Spule befindet. Wenn einer Spule aus Kupferdraht mit einer bekannten Induktivität L0 ein ferromagnetischer Kern hinzugefügt wird, dann werden unter anderen vorherigen Umständen die Selbstinduktionsströme (zusätzliche Schließ- und Öffnungsströme) in dieser Spule um ein Vielfaches ansteigen, was das Experiment bestätigen wird um ein Vielfaches erhöhen Induktivitätwas nun gleich L sein wird.

Experimentelle Beobachtung

Nehmen wir an, dass das Medium, die Substanz, die den Raum innerhalb und um die beschriebene Spule ausfüllt, homogen ist und durch den durch ihren Leiter fließenden Strom erzeugt wird. Magnetfeld befindet sich nur in diesem bestimmten Gebiet, ohne über dessen Grenzen hinauszugehen.

Wenn die Spule eine Toroidform hat, die Form eines geschlossenen Rings, dann wird dieses Medium zusammen mit dem Feld nur im Volumen der Spule konzentriert, da außerhalb des Toroids praktisch kein Magnetfeld vorhanden ist.Diese Position gilt auch für eine lange Spule – einen Elektromagneten, bei dem alle magnetischen Linien ebenfalls im Inneren konzentriert sind – entlang der Achse.

Angenommen, die Induktivität eines Stromkreises oder einer kernlosen Spule im Vakuum ist gleich L0. Dann sei für dieselbe Spule, aber bereits in einer homogenen Substanz, die den Raum ausfüllt, in dem die magnetischen Feldlinien einer bestimmten Spule vorhanden sind, die Induktivität L. In diesem Fall stellt sich heraus, dass das Verhältnis L / L0 nichts anderes ist die relative magnetische Permeabilität der angegebenen Substanz (manchmal auch einfach „magnetische Permeabilität“ genannt).

Es wird deutlich: Die magnetische Permeabilität ist eine Größe, die die magnetischen Eigenschaften eines bestimmten Stoffes charakterisiert. Dies hängt oft vom Zustand der Materie (und Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Druck) und ihrer Beschaffenheit ab.

Den Begriff verstehen

Die Einführung des Begriffs „magnetische Permeabilität“ in Bezug auf einen Stoff in einem Magnetfeld ähnelt der Einführung des Begriffs „Dielektrizitätskonstante“ für einen Stoff in einem elektrischen Feld.

Der Wert der magnetischen Permeabilität, bestimmt durch die obige Formel L/L0, kann auch als Verhältnis der absoluten magnetischen Permeabilitäten einer bestimmten Substanz und des absoluten Hohlraums (Vakuums) ausgedrückt werden.

Es ist leicht zu erkennen: Die relative magnetische Permeabilität (auch magnetische Permeabilität genannt) ist eine dimensionslose Größe. Aber die absolute magnetische Permeabilität hat die Dimension Hn/m, genau wie die magnetische Permeabilität (absolut!) des Vakuums (das ist die magnetische Konstante).

Tatsächlich sehen wir, dass die Umgebung (magnetisch) die Induktivität des Stromkreises beeinflusst, und dies zeigt deutlich, dass eine Änderung der Umgebung zu einer Änderung des magnetischen Flusses Φ, der den Stromkreis durchdringt, und damit zu einer Änderung der Induktion B führt , angewendet auf jeden Punkt des Magnetfelds.

Die physikalische Bedeutung dieser Beobachtung besteht darin, dass bei gleichem Spulenstrom (bei gleicher magnetischer Intensität H) die Induktion seines Magnetfelds in einer Substanz mit magnetischer Permeabilität mu um eine bestimmte Anzahl (in manchen Fällen weniger) größer sein wird als in volles Vakuum.

Es ist so, weil Das Medium ist magnetisiert, und es beginnt selbst ein Magnetfeld zu besitzen. Stoffe, die auf diese Weise magnetisiert werden können, werden Magnete genannt.

Die Maßeinheit der absoluten magnetischen Permeabilität ist 1 H/m (Henry pro Meter oder Newton pro Ampere im Quadrat), das heißt, es ist die magnetische Permeabilität eines solchen Mediums, bei der bei einer Magnetfeldspannung H 1 A/m, a magnetische Induktion von 1 erfolgt T.

Physikalisches Bild des Phänomens

Aus dem oben Gesagten geht hervor, dass verschiedene Substanzen (Magnete) unter der Wirkung des Magnetfelds der Stromschleife magnetisiert werden und als Ergebnis ein Magnetfeld entsteht, das die Summe der Magnetfelder ist – das Magnetfeld des magnetisierten Mediums zuzüglich der Stromschleife, weshalb sie sich in der Größe von reinen Stromfeldkreisen ohne Medium unterscheidet. Der Grund für die Magnetisierung von Magneten liegt in der Existenz kleinster Ströme in jedem ihrer Atome.

Entsprechend dem Wert der magnetischen Permeabilität werden Substanzen in diamagnetische (weniger als eins – magnetisiert in Bezug auf das angelegte Feld), paramagnetische (mehr als eins – magnetisierte in Richtung des angelegten Feldes) und Ferromagnete (viel mehr als eins) eingeteilt — magnetisiert und nach Deaktivierung des angelegten Magnetfelds magnetisiert).

Ferromagnete zeichnen sich aus durch HystereseDaher ist das Konzept der „magnetischen Permeabilität“ in seiner reinen Form nicht auf Ferromagnete anwendbar, aber in einem bestimmten Magnetisierungsbereich kann in einiger Näherung ein linearer Teil der Magnetisierungskurve unterschieden werden, für den eine Berechnung möglich ist die magnetische Permeabilität.

In Supraleitern beträgt die magnetische Permeabilität 0 (da das Magnetfeld vollständig durch ihr Volumen verdrängt wird) und die absolute magnetische Permeabilität von Luft entspricht fast dem Mu-Vakuum (lesen Sie die magnetische Konstante ab). Für Luft beträgt mu etwas mehr als 1.