Чему равна постоянная магнитная проницаемость стали

Намагничивание стали. Магнитная проницаемость

§ 39. НАМАГНИЧИВАНИЕ СТАЛИ. МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ

Для усиления магнитного поля и придания ему определенной формы в различных электрических

машинах и аппаратах широко 1 применяют ферромагнитные материалы: железо, кобальт, никель и их сплавы — сталь и др.

Если ферромагнитный материал поместить в катушку и пропус­тить по ее виткам электрический ток, то под воздействием магнит­ного поля, созданного током, материал намагнитится. Это значит, что в материале образуется собственное магнитное поле, получен­ное в результате сложения магнитных полей (магнитных моментов) отдельных атомов.

Изменение силы тока в катушке приводит к изменению напря­женности ее магнитного поля Н, что вызывает изменение магнит­ной индукции В в сердечнике этой катушки.

На рис. 33 показаны графики изменения магнитной индукции в зависимости от напряженности намагничивающего магнитного поля. Такие графики называются кривыми намагничивания. Для различных материалов и их марок кривые намагничивания различ­ны. При небольших значениях напряженности поля Н магнитная индукция в материале быстро увеличивается, намагничивание про­исходит примерно пропорционально изменению напряженности, а затем, по мере увеличения напряженности магнитного поля, возрас­тание магнитной индукции материала замедляется.

Состояние материала, при котором дальнейшее увеличение на­пряженности магнитного поля не приводит к возрастанию его на­магниченности, называется магнитным насыщением.

Магнитные свойства материалов характеризуются их абсолют­ной магнитной проницаемостью μ_a. Она определяется отношением магнитной индукции В к напряженности магнитного поля Н и изме­ряется в генри/метр (гн/м).

Абсолютная магнитная проницаемость вакуума μ_a = 4π10 -7 гн/м. Для воздуха и других неферромагнитных материалов она незначи­тельно отличается и при технических расчетах принимается равной 4 π 10 -7 гн/м. .

Так как абсолютная магнитная проницаемость для вакуума и указанных выше материалов практически одинакова, то μ_a назы­вается магнитной постоянной μ.

Абсолютная магнитная проницаемость μ_a ферромагнитных ма­териалов непостоянна и во много раз превышает магнитную прони­цаемость вакуума.

Число, показывающее, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость μ_a ферромагнитного материала больше магнитной постоянной μ, называется относительной магнитной проницае­мостью μ или сокращенно магнитной проницаемостью (табл. 3).

Пример. Сталь в определенных условиях обладает абсолютной магнитной проницаемостью μ_a =0,0008792 гн/м. Вычислить относительную магнитную прони­цаемость μ этой стали.

Решение. Магнитная постоянная μ =4.π10 -7 г/м, тогда относительная магнитная проницаемость

Как видно из кривых намагничивания (см. рис. 33), способность материалов намагничиваться – их магнитная проницаемость — в слабых магнитных полях велика, а затем с ростом индукции постепенно уменьшается.

Следовательно, магнитная проницаемость ферромагнитных материалов — величина изменяющаяся, зависящая от степени их на­магничивания.

При одной и той же напряженности магнитного поля магнитная индукция в стали больше, чем в чугуне. Это объясняется тем, что магнитная проницаемость стали больше магнитной проницаемости чугуна.

Магнитная индукция прямо пропорциональна напряженности поля Н и абсолютной магнитной проницаемости μ_a намагничиваемого материала:

Пример. Напряженность магнитного поля катушки Н=750 а/м, а абсолютная магнитная проницаемость сердечника μ_a =0,0008792 гн/м. Определить магнитную индукцию сердечника.

Решение. Магнитная индукция В= μ_aН=0,0008792х750==0,65 тл. Так как 1 тс=10 000 гс, то 0,65 тл=6500 гс.

Источник

Основные формулы для вычисления вектора МИ

Вектор магнитной индукции, формула которого B = Fm/I*∆L, можно находить, применяя другие математические вычисления.

Закон Био-Савара-Лапласа

Описывает правила нахождения B→ магнитного поля, которое создаёт постоянный электроток. Это экспериментально установленная закономерность. Био и Савар в 1820 году выявили её на практике, Лапласу удалось сформулировать. Этот закон является основополагающим в магнитостатике. При практическом опыте рассматривался неподвижный провод с малым сечением, через который пропускали электроток. Для изучения выбирался малый участок провода, который характеризовался вектором dl. Его модуль соответствовал длине рассматриваемого участка, а направление совпадало с направлением тока.

Интересно. Лаплас Пьер Симон предложил считать током даже движение одного электрона и на этом утверждении, с помощью данного закона, доказал возможность определения МП продвигающегося точечного заряда.

Согласно этому физическому правилу, каждый сегмент dl проводника, по которому протекает электрический ток I, образовывает в пространстве вокруг себя на промежутке r и под углом α магнитное поле dB

dB = µ0 *I*dl*sin α /4*π*r2,

где

• dB – магнитная индукция, Тл;
• µ0 = 4 π*10-7 – магнитная постоянная, Гн/м;
• I – сила тока, А;
• dl – отрезок проводника, м;
• r – расстояние до точки нахождения магнитной индукции, м;
• α – угол, образованный r и вектором dl.

Важно! Согласно закону Био-Савара-Лапласа, суммируя векторы магнитных полей отдельных секторов, можно определить МП нужного тока. Оно будет равно векторной сумме. Закон Био-Савара-Лапласа

Закон Био-Савара-Лапласа

Существуют формулы, описывающие этот закон для отдельных случаев МП:

• поля прямого перемещения электронов;
• поля кругового движения заряженных частиц.

Формула для МП первого типа имеет вид:

В = µ* µ0*2*I/4*π*r.

Для кругового движения она выглядит так:

В = µ*µ0*I/4*π*r.

В этих формулах µ – это магнитная проницаемость среды (относительная).

Рассматриваемый закон вытекает из уравнений Максвелла. Максвелл вывел два уравнения для МП, случай, где электрическое поле постоянно, как раз рассматривают Био и Савар.

Принцип суперпозиции

Для МП существует принцип, согласно которому общий вектор магнитной индукции в определённой точке равен векторной сумме всех векторов МИ, созданных разными токами в данной точке:

B→= B1→+ B2→+ B3→… + Bn→

Принцип суперпозиции

Теорема о циркуляции

Изначально в 1826 году Андре Ампер сформулировал данную теорему. Он разобрал случай с постоянными электрическими полями, его теорема применима к магнитостатике. Теорема гласит: циркуляция МП постоянного электричества по любому контуру соразмерна сумме сил всех токов, которые пронизывают этот контур.

Стоит знать! Тридцать пять лет спустя Д. Максвелл обобщил это утверждение, проведя параллели с гидродинамикой.

Другое название теоремы – закон Ампера, описывающий циркуляцию МП.

Математически теорема записывается следующим образом.

Математическая формула теоремы о циркуляции

где:

• B→– вектор магнитной индукции;
• j→ – плотность движения электронов.

Это интегральная форма записи теоремы. Здесь в левой части интегрируют по некоторому замкнутому контуру, в правой части – по натянутой поверхности на полученный контур.

Магнитный поток

Одна из физических величин, характеризующих уровень МП, пересекающего любую поверхность, – магнитный поток. Обозначается буквой φ и имеет единицу измерения вебер (Вб). Эта единица характерна для системы СИ. В  СГС магнитный поток измеряется в максвеллах (Мкс):

108 Мкс = 1 Вб.

Магнитный поток φ определяет величину МП, пронизывающую определённую поверхность. Поток φ зависит от угла, под которым поле пронизывает поверхность, и силы поля.

Формула для расчёта имеет вид:

φ = |B*S| = B*S*cosα,

где

• В – скалярная величина градиента магнитной индукции;
• S – площадь пересекаемой поверхности;
• α – угол, образованный потоком Ф и перпендикуляром к поверхности (нормалью).

Внимание! Поток Ф будет наибольшим, когда B→ совпадёт с нормалью по направлению (угол α = 00). Аналогично Ф = 0, когда он проходит параллельно нормали (угол α = 900). Магнитный поток

Магнитный поток

Вектор магнитной индукции, или магнитная индукция, указывает направление поля. Применяя простые методы: правило буравчика, свободно ориентирующуюся магнитную стрелку или контур с током в магнитном поле, можно определить направление действия этого поля.

Природа магнетизма

Согласно одной из легенд, когда-то давным-давно жил в Греции пастух по имени Магнес. И вот шел он как-то со своим стадом овец, присел на камень и обнаружил, что конец его посоха, сделанный из железа, стал притягиваться к этому камню. С тех пор стали называть этот камень магнетит в честь Магнеса. Этот камень представляет из себя оксид железа.

Если такой камень положить на деревянную доску на воду или подвесить на нитке, то он всегда выстраивался в определенном положении. Один его конец всегда показывал на СЕВЕР, а другой  – на ЮГ.

Этим свойством камня пользовались древние цивилизации. Поэтому, это был своего рода первый компас. Потом уже стали обтачивать такой камень и делать из разные фигурки. Например, так выглядел китайский древний компас, ложка которого была сделана из того самого магнетита. Ручка у этой ложки всегда показывала на ЮГ.

Ну а далее дело шло за практичностью и маленькими габаритами. Из магнетита вытачивали маленькие стрелки, которые подвешивали на тонкую иглу посередине. Так стали появляться первые малогабаритные компасы.

Древние цивилизации, конечно, не знали еще что такое север и юг. Поэтому, одну сторону магнетита они назвали северным полюсом (North), а противоположный конец – южным (South). Названия на английском очень легко запомнить, если кто смотрел американский мультфильм “Южный парк”, он же Сауз (South) парк).

Отрывок, характеризующий Магнитная постоянная

МАГНИТНАЯ ПОСТОЯННАЯ — коэффициент?0 = 4??10-7 Гн/м = 1,256637?10-6 Гн/м, входящий в некоторые уравнения магнетизма и электромагнетизма при записи их в рационализированной форме (в единицах СИ); ?0 иногда называют магнитной проницаемостью вакуума.

• — , число структурных элементов в ед. кол-ва в-ва…

  Физическая энциклопедия

• — одна из фундаментальных физических констант; равна отношению газовой постоянной R к Авогадро постоянной NA, обозначается k; названа в честь австр. физика Л. Больцмана…

  Физическая энциклопедия

• — , характеризует магн. вращение плоскости поляризации света в в-ве. Названа по имени франц. математика М. Верде, наиболее полно исследовавшего законы магн. вращения…

  Физическая энциклопедия

• — число частиц в 1 моле в-ва. Обозначается NA и равна (6,022045…

  Химическая энциклопедия

• — фундаментальная физ. постоянная, равная отношению газовой постоянной Rк постоянной Авогадро NA …

  Химическая энциклопедия

• — физ. постоянная k, равная отношению универс. газовой постоянной R к числу Авогадро NA: k = R/NА = 1,3807 х 10-23 Дж/К. Названа по имени Л. Больцмана…
• — коэф. М0 = 4п 10-7 Гн/м=1,2566370614 х 10-6Гн/м, входящий в нек-рые ур-ния магнетизма и электромагнетизма при записи их в ратдионализиров. форме; М о иногда наз. магн. проницаемостью вакуума…

  Естествознание. Энциклопедический словарь

• — число молекул или атомов в 1 моле вещества; NA=6,022?1023 моль-1. Названа по имени А. Авогадро…

  Современная энциклопедия

• — число молекул или атомов в 1 моле вещества, NА = 6,022045 х 1023моль-1; назв. по имени А. Авогадро…

  Естествознание. Энциклопедический словарь

• — одна из осн. уннверс. физ. постоянных, равная отношению универс…

  Большой энциклопедический политехнический словарь

• — одна из основных физических постоянных, равная отношению универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро NA. : k = R/NA. Названа по имени Л. Больцмана…
• — коэффициент пропорциональности μ0, появляющийся в ряде формул магнетизма при записи их в рационализованной форме)…

  Большая Советская энциклопедия

• — физическая постоянная k, равная отношению универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро NA: k = R/NA = 1,3807.10-23 Дж/К. Названа по имени Л. Больцмана…
• — коэффициент?0 = 4??10-7 Гн/м = 1,256637?10-6 Гн/м, входящий в некоторые уравнения магнетизма и электромагнетизма при записи их в рационализированной форме; ?0 иногда называют магнитной проницаемостью вакуума…

  Большой энциклопедический словарь

• — посто»…

  Русский орфографический словарь

• — константа…

  Словарь синонимов

Магнитное поле

Люди только и делают, что говорят про какие-то магнитные бури, привозят магнитики на холодильник, ходят в походы с компасом, который показывает, где север, а где юг. В основе всего этого лежит магнитное поле.

Магнитное поле — это материя, за счет которой осуществляется взаимодействие зарядов.

У нее есть несколько условий для существования:

• магнитное поле материально, то есть существует независимо от наших знаний о нем;
• порождается только движущимся электрическим зарядом;
• обнаружить магнитное поле можно по действию на движущийся электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой;
• магнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

У любого магнита есть два полюса — северный и южный.

Любое магнитное поле описывается магнитными линиями, которые выходят из северного поля и приходят в южный. Эти линии всегда замкнуты, даже если у них бесконечная длина. Вот так это выглядит:

Северный полюс обозначается латинской буквой N (от английского слова North). А южный — буквой S (от английского слова South).

Диамагнетизм

Диамагнетизм — это свойство объекта, которое заставляет его создавать магнитное поле в противовес приложенному извне магнитному полю, вызывая таким образом эффект отталкивания. В частности, внешнее магнитное поле изменяет орбитальную скорость электронов вокруг их ядер, тем самым изменяя магнитный дипольный момент в направлении, противоположном внешнему полю. Диамагнетики — это материалы с магнитной проницаемостью менее μ (относительная проницаемость менее 1).

Следовательно, диамагнетизм — это форма магнетизма, которую вещество проявляет только в присутствии внешнего магнитного поля. Обычно это довольно слабый эффект для большинства материалов, хотя сверхпроводники проявляют сильный эффект.

Магнитное экранирование

Мю-металл — это магнитомягкий сплав с исключительно высокой магнитной проницаемостью. Высокая проницаемость мю-металла обеспечивает низкую нежелание путь для магнитный поток, что привело к его использованию в магнитные экраны от статических или медленно меняющихся магнитных полей. Магнитное экранирование из сплавов с высокой проницаемостью, таких как мю-металл, работает не за счет блокирования магнитных полей, а за счет обеспечения прохода для силовые линии магнитного поля вокруг экранированной зоны. Таким образом, лучшая форма для экранов — это закрытый контейнер, окружающий экранированное пространство. Эффективность экранирования из мю-металла уменьшается с проницаемостью сплава, которая падает как при низких значениях напряженности поля, так и из-за насыщенность, при высокой напряженности поля. Таким образом, экраны из мю-металла часто состоят из нескольких корпусов, расположенных одна внутри другой, каждая из которых последовательно уменьшает поле внутри себя. Поскольку мю-металл насыщается при таких низких полях, иногда внешний слой в таких многослойных экранах выполняется из обычной стали. Его более высокое значение насыщения позволяет ему обрабатывать более сильные магнитные поля, снижая их до более низкого уровня, который может быть эффективно экранирован внутренними слоями мю-металла.

РФ магнитные поля выше примерно 100 кГц может быть экранирован Щиты Фарадея: обычные токопроводящие металлические листы или экраны, которые используются для защиты от электрические поля.Сверхпроводящий материалы также могут вытеснять магнитные поля Эффект Мейснера, но требуют криогенный температуры.

Сплав имеет низкую коэрцитивную силу, близкую к нулю магнитострикцию и значительное анизотропное магнитосопротивление. Низкая магнитострикция имеет решающее значение для промышленных приложений, где переменные напряжения в тонких пленках в противном случае привели бы к разрушительно большим изменениям магнитных свойств.

Парамагнетизм и диамагнетизм

Если χ положительно, материал может быть парамагнитным . В этом случае магнитное поле в материале усиливается наведенной намагниченностью. В качестве альтернативы, если χ отрицательно, материал диамагнитен . В этом случае магнитное поле в материале ослабляется наведенной намагниченностью. Обычно немагнитные материалы называют пара- или диамагнитными, потому что они не обладают постоянной намагниченностью без внешнего магнитного поля. Ферромагнитные , ферримагнитные или антиферромагнитные материалы обладают постоянной намагниченностью даже без внешнего магнитного поля и не имеют четко определенной восприимчивости к нулевому полю.

Дифференциальная восприимчивость

В ферромагнитных кристаллах связь между M и H не линейна. Чтобы учесть это, более общее определение дифференциальной восприимчивости используется

χяjdзнак равно∂Mя∂ЧАСj{\ displaystyle \ chi _ {ij} ^ {d} = {\ frac {\ partial M_ {i}} {\ partial H_ {j}}}}

где χd _ijявляется тензором , полученный из частных производных от компонентов М по отношению к компонентам Н . Когда коэрцитивная сила материала, параллельного приложенному полю, меньше из двух, дифференциальная восприимчивость является функцией приложенного поля и самовзаимодействий, таких как магнитная анизотропия . Когда материал не насыщен , эффект будет нелинейным и зависеть от конфигурации доменной стенки материала.

Несколько экспериментальных методов позволяют измерять электронные свойства материала. Важным эффектом в металлах в сильных магнитных полях является колебание дифференциальной восприимчивости как функция1ЧАС. Такое поведение известно как эффект Де Гааза – Ван Альфена и связывает период восприимчивости с поверхностью Ферми материала.

Аналогичная нелинейная зависимость между намагниченностью и магнитным полем имеет место для .

значение

Значение постоянной магнитного поля равнялось 2019 г. по прежнему определению набора единиц ампер . Согласно этому определению, два параллельных бесконечно длинных проводника на расстоянии одного метра в вакууме, по которым протекает электрический ток с током в 1 ампер, оказывают друг на друга силу 2 · 10 -7 Ньютонов на метр длина проводника . Из закона силы Ампера так, чтобы точное значение постоянной магнитного поля, за которым следует

μзнак равно4-йπ⋅10-7-еNА.алт2знак равно1,25663706214-е…⋅10-6-еNА.алт2{\ displaystyle \ mu _ {0} = 4 \ pi \ cdot 10 ^ {- 7} \ mathrm {\ frac {N} {A_ {alt} ^ {2}}} = 1 {,} 256 \, 637 \ , 062 \, 14 \ ldots \ cdot 10 ^ {- 6} {\ frac {\ mathrm {N}} {\ mathrm {A_ {alt} ^ {2}}}}}.

В результате решенных на 26 — й Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM), Ампер был определен на основе элементарного заряда е и определения второй после 20 мая 2019 года . В результате постоянная магнитного поля стала переменной, которую нужно было определять экспериментально и допускать погрешность измерения. Значение элементарного заряда, которое теперь определяется по определению, было выбрано таким образом, чтобы ампер и, следовательно, также значение μ оставались неизменными, насколько это возможно. На момент вступления в силу 20 мая 2019 г. стоимость составляла

μзнак равно1,25663706212-е(19-е)⋅10-6-еNА.2{\ displaystyle \ mu _ {0} = 1 {,} 256 \, 637 \, 062 \, 12 (19) \ cdot 10 ^ {- 6} {\ frac {\ mathrm {N}} {\ mathrm {A } ^ {2}}}}

указано. При относительной погрешности измерения 1,5 · 10 -10 это значение с тех пор общепризнано как наиболее точное доступное значение.

Классификация веществ по значению магнитной проницаемости[править | править код]

Подавляющее большинство веществ относятся либо к классу диамагнетиков (μ⪅1{\displaystyle \mu \lessapprox 1}), либо к классу парамагнетиков (μ⪆1{\displaystyle \mu \gtrapprox 1}). Но существует ряд веществ — ферромагнетики, например железо — которые обладают более выраженными магнитными свойствами.

Для ферромагнетиков, вследствие гистерезиса, понятие магнитной проницаемости, строго говоря, неприменимо. Однако, в определённом диапазоне изменения намагничивающего поля (в тех случаях, когда можно было пренебречь остаточной намагниченностью, но до насыщения) можно, в лучшем или худшем приближении, всё же представить эту зависимость как линейную (а для магнитомягких материалов ограничение снизу может быть и не слишком практически существенно), и в этом смысле величина магнитной проницаемости бывает измерена и для них.

Сверхпроводники в ряде деталей ведут себя так, как если бы их магнитная проницаемость равнялась нулю: материал выталкивает магнитное поле при переходе в сверхпроводящее состояние. Иногда формально говорят, что сверхпроводники — идеальные диамагнетики, хотя ситуация более сложна.

Магнитная проницаемость воздуха примерно равна магнитной проницаемости вакуума и в технических расчетах принимается равной единице.

Огибание сверхпроводника линиями магнитного поля.

Но это совсем не означает, что если между двумя магнитами поставить сверхпроводящий экран, то он решит поставленную задачу. Дело в том, что силовые линии магнитного поля магнита пойдут к другому магниту в обход экрана из сверхпроводника. Поэтому от плоского сверхпроводящего экрана будет только ослабление влияния магнитов друг на друга.

Это ослабление взаимодействия двух магнитов будет зависеть от того, на сколько увеличилась длина силовой линии, которая соединяет два магнита друг с другом. Чем больше длины соединяющих силовых линий, тем меньше взаимодействие двух магнитов друг с другом.

Это точно такой же эффект, как если увеличивать расстояние между магнитами без всякого сверхпроводящего экрана. Если увеличивать расстояние между магнитами, то длины силовых линий магнитного поля тоже увеличиваются.

Значит, для увеличения длин силовых линий, которые соединяют два магнита в обход сверхпроводящего экрана, нужно увеличивать размеры этого плоского экрана и по длине и по ширине. Это приведет к увеличению длин обходящих силовых линий. И чем больше размеры плоского экрана по сравнению с рассстоянием между магнитами, тем взаимодействие между магнитами становится меньше.

Взаимодействие между магнитами полностью исчезает только тогда, когда оба размера плоского сверхпроводящего экрана становятся бесконечными. Это аналог той ситуации, когда магниты развели на бесконечно большое расстояние, и поэтому длина соединяющих их силовых линий магнитного поля стала бесконечной.

Теоретически, это, конечно, полностью решает поставленную задачу. Но на практике мы не можем сделать сверхпроводящий плоский экран бесконечных размеров. Хотелось бы иметь такое решение, которое можно осуществить на практике в лаборатории или на производстве. (Про бытовые условия речи уже не идет, так как в быту невозможно сделать сверхпроводник.)

Источник статьи: http://hmelectro.ru/poleznye_statyi/magnitnaya-pronitsaemost

Намагничивание ферромагнетиков

В зависимости от магнитных свойств, то есть способности намагничиваться под действием внешнего магнитного поля, все вещества делятся на несколько классов. Которые характеризуются разной величиной относительной магнитной проницаемости μ_r и магнитной восприимчивости χ. Большинство веществ являются диамагнетиками (χ = -10-8 … -10-7 и μ_r < 1) и парамагнетиками (χ = 10-7 … 10-6 и   μ_r > 1), несколько реже встречаются ферромагнетики (χ = 103 … 105 и   μ_r >> 1). Кроме данных классов магнетиков существует ещё несколько классов магнетиков: антиферромагнетики, ферримагнетики и другие, однако их свойства проявляются только при определённых условиях.

Особый интерес в радиоэлектронике ферромагнитные вещества. Основным отличием данного класса веществ является нелинейная зависимость намагничивания, в отличие от пара- и диамагнетиков, имеющих линейную зависимость намагничивания J от напряженности Н магнитного поля.

Зависимость намагничивания J ферромагнетика от напряженности Н магнитного поля.

На данном графике показана основная кривая намагничивания ферромагнетика. Изначально намагниченность  J, в отсутствие магнитного поля (Н = 0), равна нулю. По мере возрастания напряженности намагничивание ферромагнетика проходит довольно интенсивно, вследствие того что его магнитная восприимчивость и проницаемость очень велика. Однако по достижении напряженности магнитного поля порядка H ≈ 100 А/м увеличение намагниченности прекращается, так как достигается точка насыщения J_НАС. Данное явление называется магнитным насыщением. В данном режиме магнитная проницаемость ферромагнетиков сильно падает и при дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля стремится к единице.

В частотной области

Когда магнитная восприимчивость измеряется в ответ на переменное магнитное поле (т. Е. Магнитное поле, которое изменяется синусоидально), это называется восприимчивостью к переменному току . Восприимчивость к переменному току (и тесно связанная с ней «проницаемость по переменному току») являются комплексными числовыми величинами, и в восприимчивости к переменному току можно увидеть различные явления, такие как резонанс, которые не могут возникнуть в восприимчивости постоянного поля ( DC ). В частности, когда поле переменного тока прикладывается перпендикулярно направлению обнаружения (так называемая «поперечная восприимчивость» независимо от частоты), эффект имеет пик на частоте ферромагнитного резонанса материала с заданным статическим приложенным полем. В настоящее время в литературе этот эффект называется микроволновой проницаемостью или сетевым ферромагнитным резонансом . Эти результаты чувствительны к конфигурации доменных стенок материала и вихревых токов .

В терминах ферромагнитного резонанса действие переменного поля, приложенного вдоль направления намагниченности, называется параллельной накачкой .

Магнитометр. Что это такое?

Как следует уже из самого названия, магнитометр – это прибор, предназначенный для измерения параметров магнитного поля и магнитных свойств отдельных материалов. В зависимости от того изменения показателей какого рода фиксирует устройство, его могут называть следующими терминами:

• эрстедметр (меряет напряженность поля);
• градиентометр (определяет полевой градиент);
• тесламетр (показывает индукцию);
• веберметр (определяет магнитный поток);
• инклинатор или деклинатор (устанавливает направление поля);
• коэрцитиметр (показывает коэрцитивную силу).

Когда работают мю-метры и каппа-метры, можно выяснить соответственно магнитную проницаемость и магнитную восприимчивость. А также существуют приборы для фиксации магнитного момента. Но есть и более узкое определение магнитометров – это аппараты, замеряющие напряженность, градиент и направление поля. Определение необходимых параметров производится различными способами.

Необходимо учитывать, что одни приборы фиксируют абсолютные значения полевых характеристик, а другие отражают изменение поля с течением времени или в разных точках пространства.

Историческое происхождение параметра ε 0

Как указано выше, параметр ε является постоянной системой измерения. Его присутствие в уравнениях, которые сейчас используются для определения электромагнитных величин, является результатом так называемого процесса «рационализации», описанного ниже. Но метод присвоения ему значения является следствием того, что уравнения Максвелла предсказывают, что в свободном пространстве электромагнитные волны движутся со скоростью света. Чтобы понять, почему ε имеет такое значение, требуется краткое понимание истории.

Рационализация единиц

Эксперименты Кулона и других показали, что сила F между двумя равными точечными «количествами» электричества, расположенными на расстоянии r друг от друга в свободном пространстве, должна быть задана формулой, имеющей вид

Fзнак равноkеQ2р2,{\ displaystyle F = k _ {\ text {e}} {\ frac {Q ^ {2}} {r ^ {2}}},}

где Q — количество, которое представляет количество электричества, присутствующего в каждой из двух точек, а k _e — кулоновская постоянная . Если вы начинаете без ограничений, то значение k _e может быть выбрано произвольно. Для каждого варианта выбора k _e существует своя «интерпретация» Q : чтобы избежать путаницы, каждой другой «интерпретации» должно быть присвоено отличительное имя и символ.

В одной из систем уравнений и единиц, согласованных в конце 19 века, называемой «электростатическая система единиц сантиметр – грамм – секунда» (система cgs esu), константа k _e была принята равной 1, а теперь величина называемый « » q _s был определен полученным уравнением

Fзнак равноqs2р2.{\ displaystyle F = {\ frac {{q _ {\ text {s}}} ^ {2}} {r ^ {2}}}.}

Единица гауссова заряда, статкулон , такова, что две единицы, расположенные на расстоянии 1 сантиметра друг от друга, отталкиваются друг от друга с силой, равной единице силы cgs, дине . Таким образом, единица гауссовского заряда также может быть записана 1 дин 1/2 см. «Гауссовский электрический заряд» — это не та же математическая величина, что и современный ( MKS, а затем SI ) электрический заряд, и он не измеряется в кулонах.

Впоследствии возникла идея, что в ситуациях сферической геометрии было бы лучше включить множитель 4π в уравнения, подобные закону Кулона, и записать его в форме:

Fзнак равноkе′qs′24πр2.{\ displaystyle F = k ‘_ {\ text {e}} {\ frac {{q’ _ {\ text {s}}} ^ {2}} {4 \ pi r ^ {2}}}.}

Эта идея называется «рационализация». Величины q _s ‘и k _e ‘ не такие, как в старом соглашении. Если положить k _e ′ = 1, генерируется единица электроэнергии разного размера, но она по-прежнему имеет те же размеры, что и система cgs esu.

Следующим шагом было рассматривать величину, представляющую «количество электричества», как самостоятельную фундаментальную величину, обозначенную символом q , и записать закон Кулона в его современной форме:

 Fзнак равно14πεq2р2.{\ displaystyle \ F = {\ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon _ {0}}} {\ frac {q ^ {2}} {r ^ {2}}}.}

Созданная таким образом система уравнений известна как рационализированная система уравнений метр – килограмм – секунда (rmks) или система уравнений «метр – килограмм – секунда – ампер (mksa)». Это система, используемая для определения единиц СИ. Новая величина q получила название «электрический заряд rmks», или (в настоящее время) просто «электрический заряд». Ясно, что величина q _s, используемая в старой системе cgs esu, связана с новой величиной q соотношением

 qsзнак равноq4πε.{\ displaystyle \ q _ {\ text {s}} = {\ frac {q} {\ sqrt {4 \ pi \ varepsilon _ {0}}}}.}

Определение значения ε

Теперь добавляется требование о том, чтобы сила измерялась в ньютонах, расстояние в метрах, а заряд измерялся в практической единице инженеров, кулонах, которые определяются как заряд, накопленный, когда ток в 1 ампер протекает на одного человека. второй. Это показывает, что параметру ε следует присвоить единицу C 2 ⋅N −1 m −2 (или эквивалентные единицы — на практике «фарады на метр»).

Чтобы установить числовое значение ε , используется тот факт, что если использовать рационализированные формы закона Кулона и закона силы Ампера (и другие идеи) для разработки уравнений Максвелла , то обнаруживается, что указанное выше соотношение существует между ε , μ и c . В принципе, у каждого есть выбор — сделать кулон или ампер фундаментальной единицей электричества и магнетизма. В международном масштабе было принято решение использовать ампер. Это означает, что значение ε определяется значениями c и μ , как указано выше. Краткое объяснение того, как определяется значение μ , можно найти в статье о μ .

Экспериментальное измерение

Объемная магнитная восприимчивость измеряется изменением силы, ощущаемой веществом при приложении градиента магнитного поля. Первые измерения выполняются с использованием весов Гуи, на которых образец подвешивается между полюсами электромагнита. Изменение веса при включении электромагнита пропорционально восприимчивости. Сегодня в высокотехнологичных измерительных системах используется сверхпроводящий магнит. Альтернативой является измерение изменения силы на сильном компактном магните при введении образца. Эта широко используемая сегодня система называется балансом Эванса . Для жидких образцов восприимчивость можно измерить по зависимости частоты ЯМР образца от его формы или ориентации.

Другой метод, использующий методы ЯМР, измеряет искажение магнитного поля вокруг образца, погруженного в воду внутри МР-сканера. Этот метод очень точен для диамагнитных материалов с чувствительностью, подобной воде.

Похожие записи:

Радиоволна — radio wave Лада largus бортжурнал дхо из штатных ламп ларгуса Выбираем пленочный теплый пол (инфракрасный): виды, безопасность, монтаж, производители Оптоволоконные линии связи: неограниченные возможности Какой дифавтомат поставить? Рекани анжело люстры