Magnetisk permeabilitet

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Fysisk størrelse
Efternavn magnetisk permeabilitet
Formelsymbol
Størrelse og
Enhedssystem
enhed dimension
SI H m −1
= V s A −1 m −1
L · M · T −2 · I −2
Gauss ( cgs ) c −2 L −2 · T 2
esE ( cgs ) c −2 L −2 · T 2
emE ( cgs ) -1
Se også: Magnetisk feltkonstant
Forenklet sammenligning af ferromagnetiske permeabiliteter ( ), paramagnetisk ( ) og diamagnetisk ( ) Materialer med vakuumpermeabilitet ( ). det er hældningen af ​​den lige linje eller kurve ( #Differential permeabilitet ).

Magnetisk permeabilitet (også kaldet magnetisk ledningsevne ) bestemmer materialers evne til at tilpasse sig et magnetfelt, eller mere præcist magnetiseringen af et materiale i et eksternt magnetfelt. Det bestemmer derfor permeabiliteten ( latin permeare "at gå igennem, trænge igennem") [1] af stof for magnetfelter .

En nært beslægtet mængde er den magnetiske modtagelighed .

Grundlæggende

Permeabiliteten er forholdet mellem den magnetiske fluxdensitet for magnetfeltstyrke :

Magnetfeltkonstanten er en fysisk konstant og angiver vakuumets magnetiske permeabilitet. En permeabilitet tildeles også vakuumet , da magnetfelter også kan opstå der, eller elektromagnetiske felter kan forplante sig. Permeabilitetstallet , tidligere også omtalt som relativ permeabilitet , er forholdet

Et permeabilitetsnummer på et resulterer i vakuumet. Taldimensionens størrelse afhænger af den magnetiske modtagelighed sammen om forholdet

Kompleks permeabilitet, permeabilitetstal

Især inden for elektroteknik bruges fasorer til felterne og følgelig en kompleks permeabilitet til at registrere tidsafhængige effekter.

Den virkelige del af den komplekse permeabilitet svarer til normal permeabilitet. Den imaginære del beskriver imidlertid størrelsen af ​​de magnetiske reverseringstab.

Med undtagelse af de ferromagnetiske materialer med en signifikant højere relativ permeabilitet end én, er den imaginære del af den komplekse permeabilitet også ubetydelig, ligesom frekvensafhængigheden af ​​permeabiliteten. Resultatet er en skalær, frekvensuafhængig permeabilitet:

I tilfælde af ferromagnetiske materialer kan frekvensafhængigheden ikke negligeres for mange tekniske applikationer, resultatet er:

hvori er frekvensen af ​​det vekslende magnetfelt. Den imaginære del er direkte tildelt bevægelsen af Bloch -væggene i materialet, og en resonans resulterer i et maksimum, normalt i området 10–1000 kHz.

Ligesom mange fysiske materialegenskaber er den komplekse permeabilitet i den generaliserede lineære form faktisk en tredimensionel tensor af anden orden. For de fleste materialer er anisotropien af de magnetiske egenskaber imidlertid så lille, at en beskrivelse som skalær, kompleks permeabilitet er tilstrækkelig.

Klassifikation

Permeabilitetstal for udvalgte materialer
medium µ r Klassifikation
Superleder type 1 0 ideelt diamagnetisk
Bly , tin <1 (ca. 0,999 ...) diamagnetisk
kobber 0,9999936 = 1 - 6,4 · 10 −6 diamagnetisk
brint 1 - 2.061 · 10 −9 diamagnetisk
vand 0,999991 = 1-9 · 10 −6 diamagnetisk
vakuum 1 (neutral)
Polyethylen ~ 1 (neutral)
luft ca. 1 + 4 · 10 −7 paramagnetisk
aluminium 1 + 2,2 · 10 −5 paramagnetisk
platin 1+ 2,57 · 10 −4 paramagnetisk
kobolt 80 ... 200 ferromagnetisk
jern 300 ... 10.000 ferromagnetisk
Ferritter 4… 15.000 ferromagnetisk
Mumetall (NiFe) 50.000 ... 140.000 ferromagnetisk
amorfe metaller
(ferromagnetisk)
700 ... 500.000 ferromagnetisk
nanokrystallinske metaller
(ferromagnetisk)
20.000 ... 150.000 ferromagnetisk

Magnetiske materialer kan klassificeres baseret på deres permeabilitetstal.

Diamagnetiske stoffer
Diamagnetiske stoffer har en lidt lavere permeabilitet end vakuum , for eksempel nitrogen , kobber eller vand . Diamagnetiske stoffer har en tendens til at fortrænge magnetfeltet indefra. De magnetiserer sig selv mod retningen af ​​et eksternt magnetfelt, og er derfor . Diamagnetiske bidrag er generelt uafhængige af temperaturen. Superledere af type 1 er et specielt tilfælde, de opfører sig som ideelle diamagneter i et konstant magnetfelt . Denne effekt kaldes Meißner-Ochsenfeld-effekten og er en vigtig del af superledningen.
Paramagnetiske stoffer
For de fleste materialer er permeabilitetstallet lidt større end ét (f.eks. Ilt , luft ) - de såkaldte paramagnetiske stoffer. I paramagnetiske stoffer flugter de magnetiske atommomenter i eksterne magnetiske felter og styrker dermed magnetfeltet inde i stoffet. Så magnetiseringen er positiv og derfor . Modtagelsens temperaturafhængighed bestemmes af Curies -loven . Paramagnetisme kan også have andre årsager, for eksempel fører ledningselektroner fra metaller et temperaturuafhængigt bidrag (Pauli paramagnetisme).
Ferromagnetiske stoffer
De ferromagnetiske stoffer eller de bløde magnetiske materialer ( jern og ferrit , kobolt , nikkel ) er af særlig betydning, da disse permeabilitetstal på udstille. Disse stoffer bruges ofte inden for elektroteknik ( spole , elmotor , transformer ). Ferromagneter justerer deres magnetiske øjeblikke parallelt med det ydre magnetfelt, men gør det på en stærkt forstærkende måde. Udover ferromagnetiske stoffer har ferrimagnetiske og antiferromagnetiske stoffer også en magnetisk orden .

Differentialpermeabilitet

For ferromagnetiske materialer afhænger magnetiseringen generelt ikke lineært af det ydre magnetfelt. Det er muligt at magnetisere ferromagnetiske materialer til mætning. På grund af denne magnetiske mætning og den magnetiske remanens er permeabiliteten heller ikke konstant. For små felter er permeabiliteten væsentligt større end nær mætning. Derudover afhænger magnetiseringen af ​​den tidligere magnetisering, de siges at have en hukommelse . Adfærden beskrives ved en hysteresesløjfe . Definitionen som et forhold svarer kun til magnetiseringskurvens hældning, hvis den er lineær.

Der bruges forskellige definitioner af permeabilitet afhængigt af applikationen. For tekniske anvendelser defineres det i alt elleve gange med forskellige beregninger i DIN 1324 del 2. Ud over permeabilitet som kvotienten for den magnetiske fluxdensitet i Tesla (T) og magnetfeltstyrke Differentialpermeabiliteten udtrykkes i ampere pr. Meter (A / m) , dvs. hysteresekurvens hældning på ét sted, bruges. [2]

Hysteresekurve

Problemet med konstant antaget permeabilitet kan ses fra hysteresekurven . Permeabiliteten svarer til hældningen

.

Anisotropi af permeabilitet

I anisotrope materialer ligner den magnetiske permeabilitet den elektriske permittivitet , generelt retningsbestemt. Som en første tilnærmelse kan denne magnetiske anisotropi måles ved hjælp af en matrix eller en permeabilitetstensor beskrive. Komponenterne i vektorer og afhænger derefter af ligningen

sammen. Notationen som tensor på 2. niveau er kun i begrænset omfang egnet til at registrere den magnetiske anisotropi af ferromagnetiske materialer. Især er den krystallinske anisotropi ikke-lineær. En definition analog med differentialpermeabiliteten er her nødvendig. Permeabiliteten er kun en skalær materialekonstant i det tilfælde, hvor linearitet og isotropi er givet.

Se også

litteratur

  • Hans Fischer: Materialer inden for elektroteknik. Struktur, egenskaber, test, applikation. 2. reviderede udgave. Carl Hanser Verlag, München et al. 1982, ISBN 3-446-13553-7 .
  • Horst Kuchling: Lommebog over fysik. 4. udgave. Verlag Harri Deutsch, Thun et al. 1982, ISBN 3-87144-097-3 .
  • Günter Springer: Ekspertise i elektroteknik. 18. fuldstændig revideret og udvidet udgave. Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal 1989, ISBN 3-8085-3018-9 ( Europa-Lehrmittel 30318).
  • Horst Stöcker (red.): Lommebog over fysik. Formler, tabeller, oversigter. 4. korrigerede udgave. Verlag Harri Deutsch, Thun et al. 2000, ISBN 3-8171-1628-4 .
  • Physikalisch-Technische Bundesanstalt: The International System of Units (SI) . Tysk oversættelse af BIPM -brochuren "Le Système international d'unités / The International System of Units (8e édition, 2006)". I: PTB-Mitteilungen . tape   117 , nej.   2 , 2007 ( Online [PDF; 1.4   MB ]).

Individuelle beviser

  1. permeabel. I: Wissen.de. Hentet 29. maj 2017 .
  2. ^ Heinrich Frohne, Karl-Heinz Locher, Hans Müller: Moeller Fundamentals of Electrical Engineering . 19. udgave. Springer-Verlag, 2013, ISBN 3-322-93889-1 , s.   224 ( begrænset forhåndsvisning i Google Bogsøgning).