Магнитная проницаемость

Магнитные свойства среды характеризует абсолютная магнитная проницаемость.

• Единица измерения абсолютной магнитной проницаемости - генри на метр (Гн/м; H/m).

Абсолютную магнитную проницаемость вакуума принято называть магнитной постоянной

μ₀ =4 π ·10⁻⁷ Г/м.

Величина, показывающая, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость данной среды больше или меньше магнитной постоянной (абсолютной магнитной проницаемости вакуума), называется относительной магнитной проницаемостью или магнитной проницаемостью: μ = μ_a/μ₀. Это величина безразмерная.

Вещества, у которых относительная магнитная проницаемость меньше единицы, называют диамагнитными. В них магнитное поле слабее, чем в вакууме. Такими веществами являются водород, вода, кварц, серебро, медь и др.

Вещества, у которых относительная магнитная проницаемость немного больше единицы, называются парамагнитными; в них магнитное поле несколько сильнее, чем в вакууме. К таким веществам относятся воздух, кислород, алюминий, платина и др.

Для диамагнитных и парамагнитных веществ значение магнитной проницаемости не зависит от напряженности внешнего, намагничивающего поля, т. е. представляет собой постоянную величину, характеризующую данное вещество.

Особую группу образуют ферромагнитные вещества (железо, сталь, никель, кобальт и некоторые сплавы), магнитная проницаемость которых достигает нескольких десятков тысяч. Эти материалы, обладающие свойствами намагничиваться и резко усиливать магнитное поле, широко применяют в электротехнике (в электромагнитах, электрических машинах, трансформаторах, электроизмерительных приборах, реле и др.).

Катушка с железным сердечником называется электромагнитом.

Для характеристики магнитного поля наряду с вектором магнитной индукции B пользуются величиной, называемой напряженностью магнитного поля - H. Она характеризует интенсивность так называемого внешнего магнитного поля (без учета магнитных свойств среды). Напряженность магнитного поля - векторная величина.

Направление вектора напряженности магнитного поля в изотропной среде, т. е. в среде, имеющей одинаковые свойства по всем направлениям, совпадает с вектором магнитной индукции в данной точке поля.

Напряженность магнитного поля H и магнитная индукция B связаны зависимостью H = B/μ_a.

• Единица измерения напряженности магнитного поля - ампер на метр (А/м; A/m).

Сильно выраженные магнитные свойства ферромагнитных материалов объясняются наличием в них самопроизвольно намагниченных очень малых областей (доменов), которые можно представить в виде маленьких магнитиков.

При отсутствии внешнего магнитного поля в ферромагнитном веществе в целом не обнаруживаются магнитные свойства, так как магнитные поля доменов имеют различную ориентацию и их суммарное магнитное поле равно нулю. Когда ферромагнитный материал помещают во внешнее магнитное поле, например в катушку с током, то под действием внешнего поля домены поворачиваются в направлении внешнего поля. При этом магнитное поле катушки с током резко усиливается и магнитная индукция B возрастает. Если внешнее поле слабо, поворачивается, только часть доменов, магнитные поля которых по своему направлению близки к направлению внешнего поля. По мере усиления внешнего поля количество повернутых доменов возрастает и при некотором значении напряженности H внешнего поля практически все домены оказываются повернутыми так, что их магнитные поля располагаются по направлению поля. Такое состояние называется магнитным насыщением.

Зависимость магнитной индукции B ферромагнитного материала от напряженности H намагничивающего (внешнего) поля можно выразить в виде графика, который называется кривой намагничивания.

Кривые намагничивания некоторых ферромагнитных материалов, приведенные на рис. 3, показывают, что с увеличением напряженности H магнитная индукция B сначала быстро возрастает. Это объясняется тем, что одновременно с увеличением намагничивающего (внешнего) поля появляется и усиливается собственное магнитное поле ферромагнитного материала, которое образуется повернутыми элементарными магнитиками. В месте изгиба кривой скорость роста магнитной индукции уменьшается. За изгибом, когда напряженность поля достигает некоторого значения, наступает насыщение и кривая незначительно поднимается, переходя в прямую линию. На этом участке магнитная индукция продолжает увеличиваться, но уже очень медленно, и только за счет увеличения напряженности внешнего магнитного поля.

Рис. 3 Кривые намагничивания некоторых ферромагнитных материалов: I - пермаллоя; II - электротехнической стали, Э330; III - литой стали; IV - чугуна

Рис. 4 Петля гистерезиса

Графически зависимость B от H - не прямая линия, следовательно, отношение B/H = μ_a непостоянно, т. е. магнитная проницаемость ферромагнитного материала не является постоянной величиной, а зависит от напряженности намагничивающего поля.

Дата добавления: 2014-01-20