- חדירות מגנטית של ואקום
- סולנואיד בוואקום
- טבלת חדירות מגנטית
- חדירות יחסית
- חומרים וחדירות שלהם
- ניתוח טבלה
- הפניות
חדירות מגנטית היא גודל פיזיקלי של הנכס של עניין ליצור שדה מגנטי משלו, כשזה חדורה שדה מגנטי חיצוני.
שני התחומים: החיצוניים והשניים, מוצגים זה בזה ומתן שדה שנוצר. א מובאים, עצמאית של חומר, שדה חיצוני נקרא עוצמת השדה המגנטי H , תוך חפיפה בתחום החיצוני בתוספת חומר מושרה השטף המגנטי B .
איור 1. איור 1. סולנואיד עם ליבת חומר חדירות מגנטית μ. מקור: Wikimedia Commons.
כשמדובר בחומרים הומוגניים ואיזוטרופיים, שדות H ו- B הם פרופורציונליים. וקבוע המידתיות (סקלר וחיובי) הוא החדירות המגנטית, המצוינת על ידי האות היוונית μ:
B = μ H
במערכת הבינלאומית SI נמדדת האינדוקציה המגנטית B בטסלה (T) ואילו עוצמת השדה המגנטי H נמדדת באמפר מעל מטר (A / m).
מכיוון ש- μ חייב להבטיח הומוגניות ממדית במשוואה, יחידת ה- μ במערכת SI היא:
= (Tesla ⋅ מטר) / Ampere = (T ⋅ m) / A
חדירות מגנטית של ואקום
בואו נראה כיצד שדות מגנטיים, שאת ערכיהם המוחלטים אנו מציינים על ידי B ו- H, מיוצרים בסליל או בסולנואיד. משם יובא מושג החדירות המגנטית של הוואקום.
הסולנואיד מורכב ממוליך פצוע ספירלי. כל סיבוב של הספירלה נקרא תור. אם הנוכחי הוא עבר דרך i סולנואיד, אז יש לנו אלקטרומגנט שמייצר שדה מגנטי B .
יתר על כן, הערך של הזריקה המגנטית B גדול יותר ככל שהזרם i מוגבר. וגם כאשר צפיפות פניות n עולה (מספר N של פניות בין אורך d של הסולנואיד).
הגורם הנוסף שמשפיע על ערך השדה המגנטי המיוצר על ידי סולנואיד הוא החדירות המגנטית μ של החומר שנמצא בתוכו. לבסוף, גודל השדה האמור הוא:
B = μ. i .n = μ. ב)
כאמור בסעיף הקודם, עוצמת השדה המגנטי H היא:
H = i. (N / d)
שדה זה בעוצמה H, שתלוי רק בזרם המסתובב ובצפיפות הסיבובים של הסולנואיד, "מחלחל" לחומר בעל חדירות מגנטית μ, וגורם לו להתמגנט.
ואז נוצר שדה כולל בעוצמה B, וזה אכן תלוי בחומר שנמצא בתוך הסולנואיד.
סולנואיד בוואקום
באופן דומה, אם החומר שבתוך הסולנואיד הוא ואקום, אז שדה H "מחלחל" לוואקום ומייצר שדה שנוצר ב. המנות בין שדה B בוואקום לבין H המיוצר על ידי הסולנואיד מגדיר את חדירות הוואקום. , שערכו הוא:
μ o = 4π x 10 -7 (T⋅m) / A
מסתבר שהערך הקודם היה הגדרה מדויקת עד 20 במאי 2019. נכון לאותו מועד, נערך עדכון של המערכת הבינלאומית, מה שמוביל ל- μ או למדידה ניסיונית.
עם זאת, מדידות שבוצעו עד כה מצביעות על כך שערך זה מדויק ביותר.
טבלת חדירות מגנטית
לחומרים יש חדירות מגנטית אופיינית. כעת ניתן למצוא את החדירות המגנטית עם יחידות אחרות. לדוגמה, בואו ניקח את יחידת השראות, שהיא הנרי (H):
1H = 1 (T * m 2 ) / א.
בהשוואה ליחידה זו לזו שניתנה בהתחלה, רואים שיש דמיון, אם כי ההבדל הוא המ"ר שהוא בבעלותו של הנרי. מסיבה זו, חדירות מגנטית נחשבת השראות לכל אורך יחידה:
= H / m.
החדירות המגנטית μ קשורה קשר הדוק לתכונה פיזיקלית אחרת של חומרים, הנקראת הרגישות המגנטית χ, המוגדרת כ:
μ = μ או (1 + χ)
בביטוי הקודם μ o, הוא החדירות המגנטית של הוואקום.
Χ הרגישות המגנטי הנו היחס בין השדה החיצוני H ואת המגנטיזציה של חומר M .
חדירות יחסית
מקובל מאוד לבטא את החדירות המגנטית ביחס לחדירות הוואקום. זה ידוע כחדירות יחסית וזה לא יותר מהמנה בין החדירות של החומר לזה של הוואקום.
על פי הגדרה זו, חדירות יחסית איננה יחידה. אך זהו מושג שימושי לסיווג חומרים.
לדוגמה, חומרים הם פרומגנטיים כל עוד החדירות היחסית שלהם גדולה בהרבה מהאחדות.
באותו אופן, לחומרים פרמגנטיים יש חדירות יחסית מעט מעל 1.
ולבסוף, לחומרים יהלומניים יש חדירות יחסית מתחת לאחדות. הסיבה היא שהם הופכים לממגנט בצורה כזו שהם מייצרים שדה המתנגד לשדה המגנטי החיצוני.
ראוי להזכיר כי חומרים פרומגנטיים מציגים תופעה המכונה "היסטריה", בה הם שומרים על זיכרון השדות שהוחלו בעבר. מתוקף מאפיין זה הם יכולים ליצור מגנט קבוע.
איור 2. זיכרונות מגנטיים של פריט. מקור: Wikimedia Commons
בגלל הזיכרון המגנטי של חומרים פרומגנטיים, הזיכרונות של מחשבים דיגיטליים מוקדמים היו טורואידים פריט קטנים שנגרמו על ידי מוליכים. שם הם שמרו, חילצו או מחקו את תוכן הזיכרון (1 או 0).
חומרים וחדירות שלהם
להלן כמה חומרים, עם חדירותם המגנטית בגובה H / m והחדירות היחסית שלהם בסוגריים:
ברזל: 6.3 x 10 -3 (5000)
קובלט-ברזל : 2.3 x 10 -2 (18000)
ברזל ניקל: 1.25 x 10 -1 (100000)
אבץ מנגן: 2.5 x 10 -2 (20000)
פלדת פחמן: 1.26 x 10 -4 (100)
מגנט ניאודימיום: 1.32 x 10 -5 (1.05)
פלטינה: 1.26 x 10 -6 1.0003
אלומיניום: 1.26 x 10 -6 1.00002
אוויר 1.256 x 10 -6 (1.0000004)
טפלון 1.256 x 10 -6 (1.00001)
עץ יבש 1.256 x 10 -6 (1.0000003)
נחושת 1.27 x10 -6 (0.999)
מים טהורים 1.26 x 10 -6 (0.999992)
מוליך-על: 0 (0)
ניתוח טבלה
בהתבוננות בערכים בטבלה זו ניתן לראות כי קיימת קבוצה ראשונה עם חדירות מגנטית יחסית לזו של ואקום עם ערכים גבוהים. מדובר בחומרים פרומגנטיים, המתאימים מאוד לייצור אלקטרומגנטים לייצור שדות מגנטיים גדולים.
איור 3. עקומות B לעומת H לחומרים פרומגנטיים, פרמטגנטיים ויהלומניים. מקור: Wikimedia Commons.
ואז יש לנו קבוצה שנייה של חומרים, עם חדירות מגנטית יחסית ממש מעל 1. אלה הם החומרים הפרמגנטיים.
אז תוכלו לראות חומרים בעלי חדירות מגנטית יחסית ממש מתחת לאחדות. מדובר בחומרים יהלומים כמו מים טהורים ונחושת.
סוף סוף יש לנו מוליך-על. למוליכי-על אפס חדירות מגנטית מכיוון שהיא מוציאה לחלוטין את השדה המגנטי בתוכם. מוליכי-על אינם מועילים לשימוש בליבת האלקטרומגנט.
עם זאת, לרוב בנויים אלקטרומגנטים מוליכים-על, אך מוליך-העל משמש בהתפתל ליצירת זרמים חשמליים גבוהים מאוד המייצרים שדות מגנטיים גבוהים.
הפניות
- דיאלנט. ניסויים פשוטים למציאת חדירות מגנטית. התאושש מ: dialnet.unirioja.es
- Figueroa, D. (2005). סדרה: פיזיקה למדע והנדסה. כרך 6. אלקטרומגנטיות. נערך על ידי דאגלס פיגארואה (USB). 215-221.
- Giancoli, D. 2006. פיזיקה: עקרונות עם יישומים. אולם אד פרנטיס השישי. 560-562.
- Kirkpatrick, L. 2007. פיזיקה: מבט על העולם. המהדורה המקוצר השישי. לימוד Cengage. 233.
- יוטיוב. מגנטיות 5 - חדירות. התאושש מ-: youtube.com
- ויקיפדיה. שדה מגנטי. התאושש מ: es.wikipedia.com
- ויקיפדיה. חדירות (אלקטרומגנטיות). התאושש מ: en.wikipedia.com