Permeabilidad magnética

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La permeabilidad magnética es una cantidad física , un coeficiente (dependiendo de las propiedades del medio) que caracteriza la relación entre la inducción magnética y la fuerza del campo magnético en una sustancia. ${\ estilo de visualización {B}}$ ${\ estilo de visualización {H}}$

Para diferentes medios, este coeficiente es diferente, por lo que hablan de la permeabilidad magnética de un medio en particular (lo que implica su composición, estado, temperatura, etc.).

Por lo general, se denota con una letra griega . Puede ser un escalar (para sustancias isotrópicas ) o un tensor (para anisotrópicas ). $\mu$

Historia

Por primera vez se encuentra este término en la obra de Werner Siemens "Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus" ("Contribución a la teoría del electromagnetismo") publicada en 1881 [1] .

Definiciones

La relación entre la inducción magnética y la intensidad del campo magnético a través de la permeabilidad magnética se presenta como:

{\vec {B}}=\mu _{0}\mu {\vec {H}}

y en el caso general debe entenderse aquí como un tensor, que en la notación componente tiene la forma [2] : $\mu$

{\ estilo de visualización \ B_ {i} = \ mu _ {0} \ mu _ {ij} H_ {j}}

Para sustancias isotrópicas, la notación significa multiplicar un vector por un escalar (la permeabilidad magnética se reduce a un escalar en este caso). ${\vec {B}}=\mu _{0}\mu {\vec {H}}$

La constante magnética se denota por . En el sistema Gaussiano , esta constante es adimensional e igual a 1, mientras que en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es Gn/m ( N / A 2 ). La permeabilidad magnética en ambos sistemas de unidades es una cantidad adimensional . A veces, cuando se usa SI, el producto se llama absoluto y el coeficiente se llama permeabilidad magnética relativa. $\mu_{0}$ ${\displaystyle \mu _{0}=1,25663706212(19)\cdot 10^{-6))$ $\mu$ $\mu_{0}\mu$ $\mu$

Significado

El valor de la permeabilidad magnética refleja cuán masivos son los momentos magnéticos de átomos individuales o moléculas de un medio dado que se orientan paralelos al campo magnético externo aplicado de cierta fuerza estándar y cuán grandes son estos momentos. Los valores cercanos a 1 corresponden a una débil orientación de los momentos (casi caos en las direcciones, como sin campo) y su pequeñez, y lejos de 1, por el contrario, alta ordenación y valores grandes o un número grande de momentos magnéticos individuales. $\mu$

Hay una analogía con el contenido del concepto de " constante dieléctrica " como indicador de la medida de la respuesta de los momentos dipolares eléctricos de las moléculas a un campo eléctrico.

Propiedades

La permeabilidad magnética en SI está relacionada con la susceptibilidad magnética χ por la relación:

{\ estilo de visualización \ mu = 1 + \ chi}

y en el sistema Gaussiano , una relación similar parece

{\ estilo de visualización \ mu = 1 + 4 \ pi \ chi}

En términos generales, la permeabilidad magnética depende tanto de las propiedades de la sustancia como de la magnitud y dirección del campo magnético para sustancias anisotrópicas (y, además, de la temperatura, la presión, etc.).

También depende de la tasa de cambio del campo con el tiempo, en particular, para un cambio sinusoidal en el campo, depende de la frecuencia de esta oscilación (en este caso, para describir la magnetización, se introduce la permeabilidad magnética compleja para describir el efecto de la sustancia sobre el cambio de fase B relativo a H ). A frecuencias suficientemente bajas, es decir, una pequeña tasa de cambio en el campo, por lo general se puede considerar en este sentido como independiente de la frecuencia.

La permeabilidad magnética depende en gran medida de la magnitud del campo para medios que no son lineales en susceptibilidad magnética (un ejemplo típico son los ferromagnetos , que se caracterizan por la histéresis magnética ). Para tales medios, la permeabilidad magnética, como un número independiente del campo, puede indicarse aproximadamente, en una aproximación lineal.

Para medios no ferromagnéticos, la constante de aproximación lineal se mantiene bastante bien para una amplia gama de intensidades de campo. ${\ estilo de visualización \ mu =}$

Clasificación de las sustancias según el valor de la permeabilidad magnética

La gran mayoría de las sustancias pertenecen a la clase de los diamagnetos ( ) oa la clase de los paraimanes ( ). Pero hay una serie de sustancias, los ferroimanes , como el hierro , que tienen propiedades magnéticas más pronunciadas. $\mu \menos aproximadamente 1$ $\mu \gtrapprox 1$

Para los ferroimanes, debido a la histéresis , el concepto de permeabilidad magnética, estrictamente hablando, no es aplicable. Sin embargo, en un cierto rango de cambios en el campo magnetizante (en aquellos casos donde fue posible despreciar la magnetización residual , pero antes de la saturación), es posible, en una mejor o peor aproximación, representar aún esta dependencia como lineal ( y para materiales magnéticamente blandos, el límite inferior puede no ser demasiado significativo en la práctica), y en este sentido también se puede medir la magnitud de la permeabilidad magnética para ellos.

Los superconductores en varias partes se comportan como si su permeabilidad magnética fuera cero: el material expulsa el campo magnético cuando pasa al estado superconductor. A veces se dice formalmente que los superconductores son diamagnetos ideales, aunque la situación es más complicada .

La permeabilidad magnética del aire es aproximadamente igual a la permeabilidad magnética del vacío y se toma igual a uno en los cálculos técnicos [3] .

Tablas de valores

Las dos tablas siguientes muestran los valores de la permeabilidad magnética de algunas [4] sustancias.

Una nota sobre el uso de la primera tabla:

tomamos el valor del paramagneto, por ejemplo, aire - 0.38, lo multiplicamos por y sumamos uno, obtenemos = 1.00000038, $10^{-6}$ $\mu$
tomamos el valor de un diamagnet, por ejemplo, agua - 9, lo multiplicamos por y restamos de la unidad, obtenemos = 0.999991. $10^{-6}$ $\mu$

paraimanes, $\mu>1$	${\ estilo de visualización (\ mu -1) \ cdot 10^{6))$	diaimanes, ${\ estilo de visualización \ mu <1}$	${\displaystyle (1-\mu )\cdot 10^{6))$
Nitrógeno	0.013	Hidrógeno	0.063
Aire	0.38	Benceno	7.5
Oxígeno	1.9	Agua	9
Ebonita	catorce	Cobre	10.3
Aluminio	23	Vidrio	12.6
Tungsteno	176	Sal de roca	12.6
Platino	360	Cuarzo	15.1
Oxígeno líquido	3400	Bismuto	176

Medio	Susceptibilidad (volumétrica, SI ) $\chi _{m}$	Permeabilidad absoluta , Gn/m $\mu_{0}\mu$	Permeabilidad relativa $\mu$	un campo magnetico	Frecuencia máxima
Metglas ( inglés Metglas )		1.25	1,000,000 [5]	a 0,5 T	100kHz
Nanoperm ( Inglés Nanoperm )		10⋅10 -2	80.000 [6]	a 0,5 T	10kHz
mu metal		2.5⋅10 -2	20,000 [7]	a 0,002 T
mu metal			50.000 [8]
Permalloy		1.0⋅10 -2	8000 [7]	a 0,002 T
acero electrico		5.0⋅10 -3	4000 [7]	a 0,002 T
Ferrita de zinc y níquel		2.0⋅10 -5 - 8.0⋅10 -4	16-640		100 kHz a 1 MHz
Ferrita de manganeso y zinc		> 8.0⋅10 -4	640 (y más)		100 kHz a 1 MHz
Acero		1.26⋅10 -4	100 [7]	a 0,002 T
Níquel		1.25⋅10 -4	100 [7] - 600	a 0,002 T
Imán de neodimio			1.05 [9]	hasta 1,2—1,4 T
Platino		1.2569701⋅10 -6	1.000265
Aluminio	2.22⋅10 -5 [10]	1.2566650⋅10 -6	1.000022
Madera			1.00000043 [10]
Aire			1.00000037 [11]
Concreto			1 [12]
Vacío	0	1.2566371⋅10 -6 (μ 0 )	1 [13]
Hidrógeno	−2.2⋅10 -9 [10]	1.2566371⋅10 -6	1.0000000
fluoroplasto		1.2567⋅10 -6 [7]	1.0000
Zafiro	−2.1⋅10 -7	1.2566368⋅10 -6	0.99999976
Cobre	−6,4⋅10 -6 o −9,2⋅10 -6 [10]	1.2566290⋅10 -6	0.999994
Agua	−8.0⋅10 -6	1.2566270⋅10 -6	0.999992
Bismuto	−1.66⋅10 -4	una	0.999834
superconductores	−1	0	0

Véase también

Notas

↑ Werner von Siemens, Lebenserinnerungen
↑ La suma sobre un índice repetido ( j ) está implícita, es decir, la entrada debe entenderse de la siguiente manera: . Esta entrada, como es fácil de ver, significa la multiplicación de un vector de la izquierda por una matriz según las reglas de la multiplicación de matrices. ${\displaystyle \mu _{ij}H_{j}\equiv \sum \limits _{j=1}^{3}\mu _{ij}H_{j))$
↑ Magnetización del acero. Permeabilidad magnética. (enlace no disponible) . Consultado el 16 de julio de 2011. Archivado desde el original el 19 de marzo de 2011. (indefinido)
↑ Permeabilidad magnética. Permeabilidad magnética del medio. Permeabilidad magnética relativa. Permeabilidad magnética de una sustancia (enlace inaccesible) . Consultado el 16 de julio de 2011. Archivado desde el original el 12 de febrero de 2012. (indefinido)
↑ "Metglas Magnetic Alloy 2714A", ''Metglas'' (enlace no disponible) . metglas.com. Consultado el 8 de noviembre de 2011. Archivado desde el original el 3 de junio de 2012. (indefinido)
^ "Propiedades materiales típicas de NANOPERM", ''Magnetec'' (PDF). Recuperado: 8 de noviembre de 2011. (indefinido)
↑ 1 2 3 4 5 6 "Permeabilidad relativa", ''Hiperfísica'' . hiperfísica.phy-astr.gsu.edu. Consultado el 8 de noviembre de 2011. Archivado desde el original el 3 de junio de 2012. (indefinido)
↑ Aleaciones de níquel-acero inoxidable, aleaciones de níquel cobre, aleaciones de níquel cromo, aleaciones de baja expansión . Nickel-aleaciones.net. Consultado el 8 de noviembre de 2011. Archivado desde el original el 3 de junio de 2012. (indefinido)
↑ Juha Pyrhönen, Tapani Jokinen, Valéria Hrabovcová. Diseño de Máquinas Eléctricas Rotativas (neopr.) . - John Wiley and Sons , 2009. - Pág. 232. - ISBN 0-470-69516-1 .
↑ 1 2 3 4 Richard A. Clarke. Clarke, R. ''Propiedades magnéticas de los materiales'', surrey.ac.uk . ee.surrey.ac.uk. Consultado el 8 de noviembre de 2011. Archivado desde el original el 3 de junio de 2012. (indefinido)
↑ BD Cullity y CD Graham (2008), Introducción a los materiales magnéticos, 2.ª edición, 568 págs., p.16
↑ NDT.net. Determinación de las propiedades dieléctricas del hormigón in situ a frecuencias de radar . Ndt.net. Consultado el 8 de noviembre de 2011. Archivado desde el original el 3 de junio de 2012. (indefinido)
↑ Exactamente, por definición.

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En catálogos bibliográficos	J9U : 987007543559805171 LCCN : sh85079728