การซึมผ่านของแม่เหล็ก: ค่าคงที่และตาราง - กายภาพ - 2026

ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กคือปริมาณทางกายภาพของคุณสมบัติของสสารในการสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองเมื่อมันถูกแทรกซึมโดยสนามแม่เหล็กภายนอก

ทั้งสองฟิลด์: ภายนอกและของตัวเองถูกซ้อนทับเพื่อให้ได้ฟิลด์ที่เป็นผลลัพธ์ ต่อ A อิสระของวัสดุที่ข้อมูลภายนอกที่เรียกว่าความแรงของสนามแม่เหล็กHขณะที่ทับซ้อนเขตรอบนอกรวมทั้งวัสดุที่จะเหนี่ยวนำในการเหนี่ยวนำแม่เหล็กB

รูปที่ 1. โซลินอยด์ที่มีแกนวัสดุการซึมผ่านของแม่เหล็กμ ที่มา: Wikimedia Commons

เมื่อพูดถึงวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันและไอโซทรอปิกฟิลด์HและBจะเป็นสัดส่วน และค่าคงที่ของสัดส่วน (สเกลาร์และค่าบวก) คือความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กซึ่งแสดงด้วยตัวอักษรกรีกμ:

B = μ เอช

ใน SI International System การเหนี่ยวนำแม่เหล็กBถูกวัดใน Tesla (T) ในขณะที่ความเข้มสนามแม่เหล็กHวัดเป็นแอมแปร์เกินเมตร (A / m)

เนื่องจากμต้องรับประกันความเป็นเนื้อเดียวกันของมิติในสมการหน่วยของμในระบบ SI คือ:

= (เทสลา⋅เมตร) / แอมแปร์ = (T ⋅ m) / A

การซึมผ่านของแม่เหล็กของสุญญากาศ

มาดูกันว่าสนามแม่เหล็กซึ่งมีค่าสัมบูรณ์ที่เราแสดงโดย B และ H นั้นเกิดขึ้นในขดลวดหรือโซลินอยด์ได้อย่างไร จากนั้นจะมีการนำแนวคิดเรื่องการซึมผ่านของแม่เหล็กของสุญญากาศ

โซลินอยด์ประกอบด้วยตัวนำที่มีบาดแผลเป็นเกลียว การหมุนของเกลียวแต่ละครั้งเรียกว่าเทิร์น ถ้าปัจจุบันจะถูกส่งผ่านไปผมขดลวดแล้วเรามีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ผลิตสนามแม่เหล็กB

นอกจากนี้ค่าของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กBยังสูงกว่าเนื่องจากกระแส i เพิ่มขึ้น และเมื่อความหนาแน่นของรอบ n เพิ่มขึ้น (จำนวน N ของรอบระหว่างความยาว d ของโซลินอยด์)

ปัจจัยอื่น ๆ ที่มีผลต่อค่าของสนามแม่เหล็กที่ผลิตโดยโซลินอยด์คือความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กμของวัสดุที่อยู่ภายใน สุดท้ายขนาดของฟิลด์ดังกล่าวคือ:

B = μ. ผม. n = μ. ใน)

ตามที่ระบุไว้ในส่วนก่อนหน้าความเข้มสนามแม่เหล็ก H คือ:

H = i. (N / d)

สนามขนาด H ซึ่งขึ้นอยู่กับกระแสหมุนเวียนและความหนาแน่นของรอบของโซลินอยด์เท่านั้น "ซึม" วัสดุที่มีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กμทำให้กลายเป็นแม่เหล็ก

จากนั้นจะมีการสร้างสนามขนาด B ทั้งหมดซึ่งขึ้นอยู่กับวัสดุที่อยู่ภายในโซลินอยด์

โซลินอยด์ในสุญญากาศ

ในทำนองเดียวกันถ้าวัสดุภายในโซลินอยด์เป็นสูญญากาศฟิลด์ H จะ "ซึมผ่าน" สูญญากาศทำให้เกิดฟิลด์ผลลัพธ์ B ผลหารระหว่างฟิลด์ B ในสุญญากาศและ H ที่สร้างโดยโซลินอยด์จะกำหนดความสามารถในการซึมผ่านของสุญญากาศ ซึ่งมีค่าคือ:

μ o = 4π x 10 ^-7 (T⋅m) / ก

ปรากฎว่าค่าก่อนหน้านี้เป็นคำจำกัดความที่แน่นอนจนถึงวันที่ 20 พฤษภาคม 2019 นับจากวันนั้นมีการแก้ไขระบบระหว่างประเทศซึ่งนำไปสู่μหรือถูกวัดโดยการทดลอง

อย่างไรก็ตามการวัดที่ทำจนถึงตอนนี้บ่งชี้ว่าค่านี้มีความแม่นยำอย่างยิ่ง

ตารางการซึมผ่านของแม่เหล็ก

วัสดุมีลักษณะการซึมผ่านของแม่เหล็ก ตอนนี้มันเป็นไปได้ที่จะพบการซึมผ่านของแม่เหล็กกับหน่วยอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นลองหาหน่วยของการเหนี่ยวนำซึ่งก็คือ Henry (H):

1H = 1 (ท * ม² ) / ก.

เมื่อเปรียบเทียบหน่วยนี้กับหน่วยที่ได้รับในตอนต้นจะเห็นว่ามีความคล้ายคลึงกันแม้ว่าความแตกต่างจะเป็นตารางเมตรที่ Henry เป็นเจ้าของก็ตาม ด้วยเหตุนี้ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กจึงถือเป็นตัวเหนี่ยวนำต่อความยาวหน่วย:

= H / m.

ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กμมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติทางกายภาพอื่นของวัสดุที่เรียกว่าความไวต่อแม่เหล็กχซึ่งถูกกำหนดให้เป็น:

μ = μหรือ (1 + χ)

ในนิพจน์ก่อนหน้าμ o คือความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กของสุญญากาศ

χอ่อนแอแม่เหล็กเป็นสัดส่วนระหว่างข้อมูลภายนอกHและการสะกดจิตของวัสดุที่M

ความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์

เป็นเรื่องปกติมากที่จะแสดงความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กที่สัมพันธ์กับการซึมผ่านของสุญญากาศ เป็นที่รู้จักกันในชื่อความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์และไม่มีอะไรมากไปกว่าอัตราส่วนของการซึมผ่านของวัสดุต่อสุญญากาศ

ตามคำจำกัดความนี้ความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์จะไม่มีหน่วย แต่เป็นแนวคิดที่มีประโยชน์ในการจำแนกวัสดุ

ตัวอย่างเช่นวัสดุเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าตราบใดที่ความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์มากกว่าความเป็นเอกภาพ

ในทำนองเดียวกันสารพาราแมกเนติกมีความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์เหนือ 1

และสุดท้ายวัสดุแม่เหล็กมีความสามารถในการซึมผ่านต่ำกว่าเอกภาพ เหตุผลก็คือพวกมันกลายเป็นแม่เหล็กในลักษณะที่ทำให้เกิดสนามที่ต่อต้านสนามแม่เหล็กภายนอก

เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การกล่าวถึงว่าวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้านำเสนอปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "ฮิสเทรีซิส" ซึ่งจะเก็บความทรงจำของฟิลด์ที่ใช้ก่อนหน้านี้ ด้วยคุณสมบัตินี้ทำให้สามารถสร้างแม่เหล็กถาวรได้

รูปที่ 2. ความทรงจำแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ ที่มา: Wikimedia Commons

เนื่องจากหน่วยความจำแม่เหล็กของวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าความทรงจำของคอมพิวเตอร์ดิจิทัลยุคแรกคือเฟอร์ไรต์ทอรอยด์ขนาดเล็กที่เคลื่อนที่ผ่านตัวนำ มีการบันทึกแยกหรือลบเนื้อหา (1 หรือ 0) ของหน่วยความจำ

วัสดุและการซึมผ่าน

นี่คือวัสดุบางส่วนที่มีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กใน H / m และความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์ในวงเล็บ:

เหล็ก: 6.3 x ^10-3 (5000)

โคบอลต์เหล็ก : 2.3 x 10 ^-2 (18000)

นิกเกิล - เหล็ก: 1.25 x 10 ^-1 (100000)

แมงกานีสสังกะสี: 2.5 x 10 ^-2 (20000)

เหล็กกล้าคาร์บอน: 1.26 x 10 ^-4 (100)

แม่เหล็กนีโอดิเมียม: 1.32 x 10 ^-5 (1.05)

ทองคำขาว: 1.26 x 10 ^-6 1.0003

อลูมิเนียม: 1.26 x 10 ^-6 1.0000 2

อากาศ 1.256 x 10 ^-6 (1.0000004)

เทฟลอน 1.256 x 10 ^-6 (1.00001)

ไม้แห้ง 1.256 x 10 ^-6 (1.0000003)

ทองแดง 1.27 x10 ^-6 (0.999)

น้ำบริสุทธิ์ 1.26 x 10 ^-6 (0.999992)

ตัวนำยิ่งยวด: 0 (0)

การวิเคราะห์ตาราง

เมื่อดูค่าในตารางนี้จะเห็นได้ว่ามีกลุ่มแรกที่มีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กเทียบกับสุญญากาศที่มีค่าสูง วัสดุเหล่านี้เป็นวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าเหมาะสำหรับการผลิตแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับการผลิตสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่

รูปที่ 3. Curves B เทียบกับ H สำหรับวัสดุ ferromagnetic, paramagnetic และ diamagnetic ที่มา: Wikimedia Commons

จากนั้นเราก็มีวัสดุกลุ่มที่สองซึ่งมีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์เหนือ 1 สิ่งเหล่านี้คือวัสดุพาราแมกเนติก

จากนั้นคุณจะเห็นวัสดุที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ต่ำกว่าความสามัคคี สิ่งเหล่านี้คือวัสดุแม่เหล็กเช่นน้ำบริสุทธิ์และทองแดง

ในที่สุดเราก็มีตัวนำยิ่งยวด ตัวนำยิ่งยวดมีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กเป็นศูนย์เนื่องจากไม่รวมสนามแม่เหล็กภายในตัวพวกมันไว้อย่างสมบูรณ์ ตัวนำยิ่งยวดไม่มีประโยชน์ที่จะใช้ในแกนกลางของแม่เหล็กไฟฟ้า

อย่างไรก็ตามมักจะมีการสร้างแม่เหล็กไฟฟ้ายิ่งยวด แต่ตัวนำยิ่งยวดถูกใช้ในขดลวดเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าที่สูงมากซึ่งทำให้เกิดสนามแม่เหล็กสูง

อ้างอิง

1. Dialnet การทดลองง่ายๆเพื่อค้นหาการซึมผ่านของแม่เหล็ก ดึงมาจาก: dialnet.unirioja.es
2. Figueroa, D. (2005). ซีรี่ส์: ฟิสิกส์สำหรับวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม เล่ม 6. แม่เหล็กไฟฟ้า. แก้ไขโดย Douglas Figueroa (USB) 215-221
3. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6th Ed Prentice Hall 560-562
4. Kirkpatrick, L. 2007. ฟิสิกส์: มองโลก. ฉบับย่อที่ 6 การเรียนรู้ Cengage 233
5. Youtube แม่เหล็ก 5 - การซึมผ่าน ดึงมาจาก: youtube.com
6. วิกิพีเดีย สนามแม่เหล็ก. สืบค้นจาก: es.wikipedia.com
7. วิกิพีเดีย ความสามารถในการซึมผ่าน (แม่เหล็กไฟฟ้า) สืบค้นจาก: en.wikipedia.com