Մագնիսական թափանցելիություն

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից

Մագնիսական թափանցելիություն, ֆիզիկական մեծություն,  {B} մագնիսական ինդուկցիայի և  {H} մագնիսական դաշտի լարվածության կապը բնութագրող գործակիցը նյութում։ Մագնիսական թափանցելիությունը տարբեր միջավայրերի համար տարբեր է, այդ պատճառով նշվում է կոնկրետ միջավայրի մագնիսական թափանցելիությունը (հաշվի առնելով միջավայրի բաղադրությունը, վիճակը, ջերմաստիճանև և այլն)։

Առաջին անգամ հանդիպում է 1881թ., Վերներ Սիմենսի «Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus» («Ներդրում էլեկտրամագնիսականության տեսության մեջ») աշխատությունում[1]։

Սովորաբար նշանակվում է հունարեն \mu տառով։ Կարող է լինել ինչպես սկալյար (իզոտրոպ նյութերի համար), այնպես էլ՝ թենզորական մեծություն ( անիզոտրոպ նյութերի դեպքում)։

Ընդհանուր դեպքում կապը մագնիսական ինդուկցիայի և մագնիսական դաշտի լարվածության միջև մագնիսական թափանցելիությամբ արտահայտվում է հետևյալ կերպ.

\vec{B} = \mu\vec{H},

\mu-ն պետք է հասկանալ որպես թենզոր, ինչը բաղադրիչներով գրելու դեպքում համապատասխանում է[2]։

\ B_i = \mu_{ij}H_j

Իզոտրոպ նյութերի համար

\vec{B} = \mu\vec{H}

առնչությունը կարելի է հասկանալ որպես վեկտորի բազմապատկում սկալյարով (մագնիսական թափանցելիությունն այս դեպքում վերածվում է սկալյարի)։

ՍԳՎ համակարգում մագնիսական թափանցելիությունը չափողականություն չունեցող մեծություն է, Միավորների միջազգային համակարգում ներմուծվում են ինչպես չափողականություն ունեցող (բացարձակ), այնպես էլ՝ անչափ (հարաբերական)մագնիսական թափանցելիություններ.

\mu_{r} = \frac{\mu}{\mu_{0}} ,

որտեղ \mu_{r}-ն հարաբերական, իսկ \mu-ն՝ բացարձակ թափանցելիություններն են, \mu_{0}-ն՝ վակուումի մագնիսական թափանցելիությունը։

  • Երբեմն \mu նշանակումն օգտագործվում է հենց հարաբերական մագնիսական թափանցելիության համար (ՍԳՎ համակարգում \muհամընկնում է դրա հետ)։

Բացարձակ մագնիսական թափանցելիության չափողականությունը ՍԻ համակարգում նույնն է, ինչ մագնիսական հաստատունի չափողականությունը, այսինքն՝ Հն/մ կամ Ն/Ա2։


'H'-ից 'B'-ի կախվածության սխեմատիկ գրաֆիկը (մագնիսացման կորը) ֆեռոմագնիսների, պարամագնիսների դիամագնիսների, ինչպես նաև վակուումի համար, որը լուսաբանում է տարբերությունը մագնիսական թափանցելիությունների (գրաֆիկների կորությունը) միջև. ֆեռոմագնիսներf), պարամագնիսներp), վակուում(μ0), դիամագնիսներd)


Մագնիսական թափանցելիությունը կապված է χ մագնիսական ընկալունակության հետ հետևյալ կերպ։ SI համակարգում՝

\mu = 1 + \chi,

Գաուսյան համակարգում՝

\mu = 1 + 4\pi\chi:

Ընդհանրապես մագնիսական թափանցելիությունը կախված է ինչպես նյութի հատկություններից, այնպես էլ՝ մագնիսական դաշտի մեծությունից և ուղղությունից (ինչպես նաև ջերմաստիճանից[3], ճնշումից և այլն)։

Այն կախված է նաև ժամանակի ընթացքում դաշտի փոփոխման բնույթից, մասնավորապես, դաշտի սինուսոիդային տատանումների դեպքում կախված է տատանումների հաճախությունից (այս դեպքում ներմուծվում է կոմպլեքս մագնիական թափանցելիություն՝ նկարագրելու համար միջավայրի ազդեցությունը 'B'-ի փուլային շեղման վրա 'H'-ի նկատմամբ)։ Բավականաչափ փոքր հաճախությունների դեպքում (դաշտի փոփոխության ոչ մեծ արագություն) այն այդ իմաստով կարելի է հաստատուն համարել։


Մագնիսացման կորը ֆեռոմագնիսների (և ֆեռիմագնիսներ) համար և դրան համապատասխան մագնիսական թափանցելիության գրաֆիկը
  • Ոչ գծային միջավայրերի համար մագնիսական թափանցելիությունը ուժգին կախված է դաշտի մեծությունից (տիպիկ օրինակ են ֆեռոմագնիսները, որոնց համար բնորոշ է հիստերեզիս)։ Նման միջավայրերի համար մագնիսական թափանցելիությունը որպես դաշտից անկախ թիվ կարելի է տալ մոտավորապես, գծային մոտարկման շրջանակներում[4]։
  • Պարամագնիսների և դիամագնիսների համար գծային մոտարկումը բավականաչափ լավ է դաշտի մեծությունների լայն ընդգրկույթի համար։

Նյութերի դասակարգումն ըստ մագնիսական թափանցելիության արժեքի[խմբագրել]

Նյութերի ճնշող մեծամասնությունը դասվում է կամ у դիամագնիսների (\mu \lessapprox 1) շարքին, կամ՝ պարամագնիսների (\mu \gtrapprox 1)։ Սակայն մի շարք նյութեր՝ ֆեռոմագնիսները (օրինակ՝ երկաթը) օժտված են ավելի վառ արտահայտված մագնիսական հատկություններով։ Ֆեռոմագնիսների համար հիստերեզիսի հետևանքով մագնիսական թափանցելիության հասկացությունը, խստորեն ասած, կիրառելի չէ։ Սական մագնիսացնող դաշտի փոփոխության որոշակի ընդգրկույթում (այնպիսին, որ հնարավոր է անտեսել մնացորդային մագնիսականացումը, սակայն մինչև հագեցումը) այնուհանդերձ կարելի է լավ կամ վատ մոտավորությամբ այդ կախվածությունը ներկայացնել որպես գծային (իսկ մագնիսափափուկ նյութերի համար ներքևից սահմանափակումը գործնականում այնքան էլ էական չէ), և այս իմաստով մագնիսական թափանցելիության մեծությունը չափելի է նաև դրանց համար։

Գերհաղորդիչների մագնիսական թափանցելիությունը զրո է։

Օդի բացարձակ մագնիսական թափանցելիությունը մոտավորապես հավասար է վակուումի մագնիսական թափանցելիությանը և տեխնիկական հաշվարկներում համարվում է հավասար[5] 4 \pi\ \times \ 10^{-7} Հն/մ։

Որոշ նյութերի մագնիսական թափանցելիությունը[խմբագրել]

Հետևյալ աղյուսակի տվյալներն օգտագործելիս անհրաժեշտ է հիշել, որ ֆեռոմագնիսական նյութերի մագնիսական թափանցելիությունը մեծապես կախված է դաշտի լարվածությունից։

Մագնիսական ընկալունակությունը և թափանցելիությունը որոշ նյութերի համար
Միջավայր Ընկալունակություն, χm
(ծավալային, ՄՄՀ)
Թափանցելիություն, μ [Հն/մ] Հարաբերական թափանցելիություն, μ/μ0 Մագնիսական դաշտ Առավելագույն հաճախություն
Մետգլաս (մետաղական ապակե համաձուլվածքներ) 1,25 1 000 000[6] at 0.5 Տլ 100 կՀց
Երկաթ (99.95% մաքուր Fe) 200 000[7]
Մյու-մետաղ (նիկելի (77%), երկաթի (16%), պղնձի (5%) և մոլիբդենի կամ քրոմի (2%) մագնիսափափուկ համաձուլվածք) 2,5

×10−2

20 000[8] 0.002 Տլ
Մյու-մետաղ 50 000[9]
Cobalt-Iron (high permeability strip material) 18 000[10]
Պերմալոյ 8000 1,0

×10−2

8000[8] at 0.002 Տլ
Երկաթ (99.8% մաքուր) 5000[7]
Էլեկտրատեխնիկական պողպատ 5,0

×10−3

4000[8] at 0.002 Տլ
Ֆեռիտ (մանգան-ցինկ) >8,0

×10−4

640 (կամ ավելին) 100 կՀց ~ 1 ՄՀց
Ֆեռիտ (նիկել-ցինկ) 2,0

×10−58,0 ×10−4

16–640 100 կՀց ~ 1 ՄՀց
Պողպատ (կարբոնային պողպատ) 8,75

×10−4

100[8] 0.002 Տլ
Նիկել 1,25

×10−4

100[8] – 600 0.002 Տլ
Մագնիսական չժանգոտվող պողպատ 40 - 95
Նեոդիմային մագնիս 1.05[11]
Պլատին 1,2569701

×10−6

1,000265
Այլումին 2,22

×10−5 [12]

1,2566650

×10−6

1,000022
Փայտ 1,00000043[12]
Օդ 1,2566375

×10−6

1,00000037 [13]
Բետոն (չոր) 1[14]
Վակուում 0 π4

×10−70)

1[15]
Ջրածին −2,2

×10−9 [12]

1,2566371

×10−6

1,0000000
Տեֆլոն 1,2567

×10−6 [8]

1,0000
Շափյուղա −2,1

×10−7

1,2566368

×10−6

0,99999976
Պղինձ −6,4

×10−6
or −9,2 ×10−6 [12]

1,2566290

×10−6

0,999994
Ջուր −8,0

×10−6

1,2566270

×10−6

0,999992
Բիսմուտ −1,66

×10−4

0,999834
Գերհաղորդիչներ −1 0 0

Աղյուսակում բերված արժեքները մոտավոր են և ճիշտ են միայն նշված դաշտերի համար։

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Werner von Siemens, Lebenserinnerungen
  2. Այստեղ ենթադրվում է գումար ըստ (j) կրկնվող ինդեքսի, այսինքն գրվածը պետք է հասկանալ որպես \mu_{ij}H_j \equiv \sum\limits_{j=1}^{3}\mu_{ij}H_j: Այս գրությունը, ինչպես հեշտ է տեսնել, նշանակում է վեկտորի բազմապատկում ձախից մատրիցի հետ, ըստ մատրիցային մազմապատկման կանոնների
  3. տարբեր տիպի մագնիսների համար՝ տարբեր կերպ
  4. Տարբեր գծայնացումների համար կարող են տրվել տարբեր արժեքներ
  5. Պողպատի մագնիսացումը: Մագնիսական թափանցելիություն
  6. «"Metglas Magnetic Alloy 2714A", ''Metglas''»։ Metglas.com։ http://www.metglas.com/products/page5_1_2_6.htm։ Վերցված է 2011-11-08։ 
  7. 7,0 7,1 «"Magnetic Properties of Ferromagnetic Materials", ''Iron''»։ C.R Nave Georgia State University։ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tables/magprop.html#c2։ Վերցված է 2013-12-01։ 
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 8,5 «"Relative Permeability", ''Hyperphysics''»։ Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu։ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/ferro.html։ Վերցված է 2011-11-08։ 
  9. «Nickel Alloys-Stainless Steels, Nickel Copper Alloys, Nickel Chromium Alloys, Low Expansion Alloys»։ Nickel-alloys.net։ http://www.nickel-alloys.net/nickelalloys.html։ Վերցված է 2011-11-08։ 
  10. «"Soft Magnetic Cobalt-Iron Alloys", ''Vacuumschmeltze''»։ www.vacuumschmeltze.com։ http://www.vacuumschmelze.com/fileadmin/Medienbiliothek_2010/Downloads/HT/2013-03-27_Soft_Magnetic_Cobalt-_Iron_Alloys_final_version.pdf։ Վերցված է 2013-08-03։ 
  11. Juha Pyrhönen, Tapani Jokinen, Valéria Hrabovcová (2009)։ Design of Rotating Electrical Machines։ John Wiley and Sons, 232։ ISBN 0-470-69516-1։ 
  12. 12,0 12,1 12,2 12,3 Richard A. Clarke։ «Clarke, R. ''Magnetic properties of materials'', surrey.ac.uk»։ Ee.surrey.ac.uk։ http://www.ee.surrey.ac.uk/Workshop/advice/coils/mu/։ Վերցված է 2011-11-08։ 
  13. B. D. Cullity and C. D. Graham (2008), Introduction to Magnetic Materials, 2nd edition, 568 pp., p.16
  14. NDT.net։ «Determination of dielectric properties of insitu concrete at radar frequencies»։ Ndt.net։ http://www.ndt.net/article/ndtce03/papers/v078/v078.htm։ Վերցված է 2011-11-08։ 
  15. ճշգրիտ, ըստ սահմանման