Magnētiskā caurlaidība (permeabilitāte) — definīcija, vienības un piemēri
Magnētiskā caurlaidība (permeabilitāte) — skaidra definīcija, mērvienības (H/m), relatīvā μr, feromagnētiski piemēri (dzelzs, niķelis) un praktiski aprēķini vienuviet.
Caurlaidība (magnētiskā caurlaidība) ir materiāla īpašība, kas raksturo, cik viegli materiālā rodas magnētiskais lauks, reaģējot uz magnētiskās lauka intensitāti. Saistība starp magnētiskās indukcijas blīvumu B un magnētiskās lauka intensitāti H tiek raksturota ar formulu B = μ H, kur μ ir materiāla caurlaidība. Caurlaidību mēra henrijos uz metru (H/m), un tās simbols ir μ {\displaystyle \mu }. 
.
Vienības un brīvās telpas caurlaidība
Standarta (tukšās telpas) caurlaidība, saukta par brīvas telpas caurlaidību vai μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} 
, ir fiziska konstante. Tā tiek izteikta kā:
μ0 = 4π × 10-7 H/m (aptuveni 1,25663706 × 10-6 H/m).
Relatīvā caurlaidība un magnētiskā jutība
Vairumam materiālu caurlaidība tiek dotā attiecīgi pret brīvās telpas vērtību, t.i., kā relatīvā caurlaidība μ r {\displaystyle \mu _{r}} 
, kas definēta kā
μ r = μ / μ 0 {\displaystyle \mu _{r}=\mu /\mu _{0}}
.
Relatīvā caurlaidība ir bezdimensiju lielums. Ar to cieši saistīta ir magnētiskā jutība χm, kas apzīmē materiāla reakciju uz lauka iedarbību: μr = 1 + χm.
Parasti vērojamas vērtības
- Vairumam materiālu μr ≈ 1, tāpēc to caurlaidību bieži aizstāj ar μ0, ja nepieciešama vienkāršota aprēķinu pieeja.
- Paramagnētiskie materiāli: μr nedaudz lielāks par 1 (piemēram, 1.000...1.001); diamagnētiskie — nedaudz mazāks par 1.
- Feromagnētiskie materiāli var būt ar ļoti lielu μr: piemēram, dzelzs — aptuveni 5000 (atkarībā no sakausējuma un apstrādes), niķelis — apmēram 600. Īpaši stipri magnētiskai lietošanai domāti materiāli (piemēram, mu-metāls) var sasniegt μr no tūkstošiem līdz simtiem tūkstošu.
Praktisks piemērs
Ja materiāla relatīvā caurlaidība ir μr = 5000, tad tā absolūtā caurlaidība ir:
μ = μr · μ0 = 5000 · 4π × 10-7 H/m ≈ 6,283 × 10-3 H/m.
Papildu nianses un ierobežojumi
- Atkarība no lauka stipruma: feromagnētiskiem materiāliem μ nav konstantes — tā var ļoti mainīties ar magnētiskā lauka intensitāti un sasniegt magnētiskās saturācijas stāvokli.
- Frekvenču atkarība: pie maiņstrāvas (AC) caurlaidība var būt frekvenču atkarīga un komplekss lielums (kompleksa caurlaidība μ = μ' − jμ''), kur reaļā daļa μ' attēlo enerģijas uzglabāšanu un imagīnārā μ'' — zudumus.
- Anizotropija: daudzos materiālos caurlaidība var būt tensorveida — dažādos virzienos materiāls reaģē atšķirīgi.
- Temperatūras ietekme: magnētiskās īpašības, tostarp μr, spēcīgi mainās ar temperatūru; feromagnētiskie materiāli kļūst paramagnētiski virs Kurie temperatūras.
Lietojumi
Caurlaidība ir būtisks parametrs transformatoru serdeņu, elektromagnētu, induktoru, magnētiskā aizsardzības (shielding) materiālu un sensoru projektēšanā. Zinot materiāla μ (vai μr), inženieri var aprēķināt magnētiskās ķēdes induktivitātes, plūsmas sadalījumu un enerģijas zudumus.
Rezumējot — magnētiskā caurlaidība μ apraksta, cik spēcīgi materiāls atbalsta magnētisko lauku; tās salīdzināšana ar brīvās telpas vērtību μ0 dod relatīvo caurlaidību μr, kas ir praktiski noderīgs rādītājs materiālu klasifikācijā un izmantošanā.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir caurlaidība?
A: Caurlaidība ir materiāla īpašība, kas raksturo, cik blīvs būtu magnētiskais lauks, ja caur to plūstu vienāda lieluma strāva.
J: Kā mēra caurlaidību?
A: Caurlaidību mēra henrijos uz metru (H/m), un tās simbols ir μ.
J: Kā sauc tukšas telpas pastāvīgo caurlaidību?
A: Tukšas telpas pastāvīgo caurlaidību sauc par brīvas telpas caurlaidību jeb μ0.
J: Kā mēs mēra relatīvo caurlaidību?
A: Relatīvo caurlaidību var aprēķināt, dalot materiāla caurlaidību ar brīvas telpas caurlaidību (μr = μ/μ0).
J: Vai ir materiāli ar lielāku relatīvo caurlaidību nekā parasti?
A: Jā, daži materiāli ir feromagnētiski, un to relatīvā caurlaidība ir daudz lielāka nekā citiem materiāliem, piemēram, dzelzs (5000) un niķelis (600). Turklāt daži materiāli ir speciāli izstrādāti tā, lai to relatīvā permijatkarība būtu miljons reižu lielāka nekā tukšai telpai.
Vai, aprēķinot magnētisko lauku, ir jāņem vērā materiāla relatīvā permijatkarība?
A: Nē, lielākajai daļai materiālu to permija ir pietiekami tuva 1, lai to varētu ignorēt un tā vietā izmantot brīvās telpas permiju.
Meklēt