Przegląd przenikalności magnetycznej

Przepuszczalność magnetyczna jest właściwością materiałów, która pozwala im tworzyć pole magnetyczne wewnątrz nich i je podtrzymywać. Wprowadzona przez Olivera Heaviside'a w 1885 roku, jest miarą tego, jak łatwo linie siły magnetycznej przechodzą przez materiał. Lubię to myśleć jako o tym, jak bardzo materiał chce być namagnesowany. Określa, jaką ilość strumienia magnetycznego materiał może utrzymać.

Definicja i wzór

Przepuszczalność magnetyczna (μ) jest zdefiniowana jako stosunek indukcji magnetycznej (B) do natężenia pola magnetycznego (H). Wyraża się ją następującym wzorem:

μ=B/H

Ta skalara wielkość mierzy, jak bardzo materiał nie chce przepuszczać pól magnetycznych i jak bardzo je przepuszcza. Wyższa przepuszczalność magnetyczna oznacza, że materiał wspiera silniejszą indukcję magnetyczną i pozwala na głębsze przenikanie pól magnetycznych.

 

Czynniki wpływające na przepuszczalność magnetyczną

Przepuszczalność zmienia się w zależności od:

  • Charakterystyki i struktury materiału
  • Temperatury i wilgotności
  • Siły i częstotliwości stosowanego pola magnetycznego

Materiały o wyższej przepuszczalności mają silniejszą odpowiedź magnetyczną, a materiały o niższej przepuszczalności mają mniejszą interakcję magnetyczną. Przepuszczalność jest zawsze wartością dodatnią i może się zmieniać w zależności od zewnętrznych warunków magnetycznych.

 

Przepuszczalność magnetyczna występuje w kilku wariantach:

  • Przepuszczalność próżni (μ₀): Podstawowy poziom przepuszczalności w próżni. Często używamy tego jako odniesienia w innych obliczeniach przepuszczalności.
  • Przepuszczalność medium (μ): Informuje, jak bardzo materiał nie chce przepuszczać pól magnetycznych i jak bardzo je przepuszcza.
  • Przestrzenna przepuszczalność (μr): Współczynnik bez jednostek, który mówi, jak bardzo materiał nie chce przepuszczać pól magnetycznych i jak bardzo je przepuszcza.

 

Różne materiały mają różne poziomy przepuszczalności magnetycznej. Są one grupowane w:

  • Materiały diamagnetyczne: Te materiały nieznacznie obniżają gęstość strumienia magnetycznego, ponieważ ich względna przenikalność jest nieco mniejsza niż 1. Przykładem jest bizmut.
  • Materiały paramagnetyczne: Te materiały są słabo namagnesowane, gdy wystawiasz je na działanie zewnętrznego pola magnetycznego. Ich względna przenikalność jest nieco większa niż 1. Przykładem jest platyna.
  • Materiały ferromagnetyczne: Te materiały mają wysoką przenikalność magnetyczną (często więcej niż 100 000) i wykazują najsilniejsze właściwości magnetyczne. Żelazo jest jednym z przykładów.

 

Wytwarzanie pola magnetycznego indukowanego i interakcja materiałów

To, jak pola magnetyczne oddziałują z materiałami, zależy od przenikalności magnetycznej materiału. Gdy stosujesz zewnętrzne pole magnetyczne, niektóre materiały, szczególnie ferromagnetyczne, tworzą wewnętrzne pole magnetyczne, czyli magnetyzm indukowany. To pole indukowane wchodzi w interakcję z polem zewnętrznym, co powoduje przyciąganie magnetyczne. Dlatego magnes trwały może przyciągać materiały żelazne.

Ale materiały takie jak drewno nie wspierają indukcji pola magnetycznego (mają bardzo niską przenikalność magnetyczną). Nie wchodzą więc w interakcję z magnesami i nie są przyciągane do nich. Z drugiej strony, materiały takie jak stal (które mają wysoką przenikalność) silnie oddziałują z zewnętrznymi polami magnetycznymi i są przyciągane do magnesów.

 

Przenikalność magnetyczna w praktycznych zastosowaniach

Przenikalność magnetyczna staje się istotna, gdy wybierasz materiały do systemów, które mają pola magnetyczne. Na przykład, w robotyce, możesz mieć urządzenie do obsługi magnetycznej, które podnosi rury ze stali miękkiej, ponieważ stal miękka ma wysoką przenikalność. Ale jeśli próbujesz podnieść rury ze stali nierdzewnej 410 (która ma niską przenikalność), możesz nie uzyskać wystarczającej siły, aby je podnieść. Będziesz miał słabszy chwyt magnetyczny lub nie będziesz mógł ich podnieść w ogóle.

Kiedy projektujesz systemy lub produkty opierające się na właściwościach magnetycznych, musisz rozważyć przenikalność materiału, z którym pracujesz, aby upewnić się, że działa on tak, jak tego oczekujesz. Niezależnie od tego, czy chcesz materiały o wysokiej przenikalności, czy niskiej, musisz rozumieć, jak zachowują się w środowiskach magnetycznych.

 

Przenikalność magnetyczna w praktycznych zastosowaniach

Przenikalność magnetyczna staje się istotna, gdy wybierasz materiały do systemów, które mają pola magnetyczne. Na przykład, w robotyce, możesz mieć urządzenie do obsługi magnetycznej, które podnosi rury ze stali miękkiej, ponieważ stal miękka ma wysoką przenikalność. Ale jeśli próbujesz podnieść rury ze stali nierdzewnej 410 (która ma niską przenikalność), możesz nie uzyskać wystarczającej siły, aby je podnieść. Będziesz miał słabszy chwyt magnetyczny lub nie będziesz mógł ich podnieść w ogóle.

Kiedy projektujesz systemy lub produkty opierające się na właściwościach magnetycznych, musisz rozważyć przenikalność materiału, z którym pracujesz, aby upewnić się, że działa on tak, jak tego oczekujesz. Niezależnie od tego, czy chcesz materiały o wysokiej przenikalności, czy niskiej, musisz rozumieć, jak zachowują się w środowiskach magnetycznych.

 

Wnioski

Przenikalność magnetyczna jest ważna, ponieważ informuje, jak materiały reagują na zewnętrzne pola magnetyczne. Wpływa na to, jak silnie rzeczy przyciągają się nawzajem. A jeśli projektujesz produkty lub systemy wykorzystujące magnesy, musisz rozważyć przenikalność materiałów, z którymi pracujesz. Możesz chcieć materiały o wysokiej przenikalności lub niskiej przenikalności.

Przenikalność materiału może się zmieniać w zależności od takich czynników jak temperatura i siła pola, które na niego działają. Dlatego, pracując z magnesami i projektując produkty, musisz brać pod uwagę, jak ta przenikalność może się zmieniać, aby magnesy działały tak, jak tego chcesz.