Przenikalność magentyczna.pdf

Przenikalność magnetyczna

Przenikalność magnetyczna jest to wielkość

określająca zdolność danego materiału (ośrodka) do

zmiany indukcji magnetycznej pod wpływem natężenia

pola magnetycznego.

W próżni

Przenikalność magnetyczna bezwzględna próżni,

zgodnie z danymi opublikowanymi w 2002 roku przez

Komitet Danych dla Nauki i Techniki ( CODATA) , jest

skalarem , który oznacza się symbolem μ 0 i którego

wartość wynosi w układzie SI :

Schematyczne porównanie

przenikalności: ferromagnetyka ( μ f ),

paramagnetyka ( μ p ), próżni ( μ 0 ) i

diamagnetyka ( μ d )

Dla próżni doskonałej spełnione jest więc równanie:

Wartości przenikalności względnych dla wybranych materiałów

Próżnia

Powietrze

1,000 000 37

Aluminium

1,000 020

Miedź

0,999 99

Izotropowa blacha elektrotechniczna (Fe 96 Si 4 )

* 7 000

Anizotropowa blacha elektrotechniczna Fe 97 Si 3 )

* 100 000

Permendur (Co 50 Fe 50 )

* 5 000

Supermalloy (Ni 79 Fe 15 Mo 5 )

* 1 000 000

Monokrystaliczny stop (Fe 97 Si 3 )

* 3 800 000

* oznaczono przenikalności maksymalne

W paramagnetykach i diamagnetykach

W próżni doskonałej brak jest jakichkolwiek atomów lub cząsteczek, które mogłyby wpłynąć

na zależność B =f( H ). Wobec tego w każdym ośrodku, który nie jest próżnią doskonałą

powyższe równanie zostanie zakłócone pojawieniem się przenikalności magnetycznej tegoż

ośrodka. Jeśli ośrodkiem jest paramagnetyk lub diamagnetyk przenikalność magnetyczna

jest również skalarem, i można zapisać że:

gdzie: μ r - względna przenikalność magnetyczna ośrodka (liczba bezwymiarowa) określana

jako stosunek przenikalności magnetycznej danego ośrodka do przenikalności magnetycznej

próżni.

Przenikalność magnetyczna

Dla próżni przenikalność względna jest równa dokładnie 1. Dla paramagnetyków

przenikalność względna jest niewiele większa od 1, dla diamagnetyków jest niewiele

mniejsza od jedności - dla obydwu tych typów ośrodków różnica jest na tyle niewielka, że w

zastosowaniach technicznych często się ją zaniedbuje przyjmując wartość równą 1.

W ferromagnetykach

W przypadku ferromagnetykó w przenikalność względna

nie może zostać opisana jedną liczbą (skalarem). Dla

jednoosiowego przemagnesowania przenikalność

względna ferromagnetyków określana jest nieliniową

funkcją:

Krzywa magnesowania i definicja

przenikalności maksymalnej dla

ferromagnetyków (i ferrimagnetyków)

W celu zaprojektowania danego obwodów magnetycznych stosuje się uproszczenie

przenikalności do jednej wartości w danym punkcie pracy urządzenia. W takim przypadku

konkretną wartość przenikalności oblicza się jako:

gdzie: B m - szczytowa wartość przebieg u indukcji magnetycznej, H m - szczytowa wartość

Funkcja ta ma pewną początkową wartość, zazwyczaj dużo większą od 1, zwaną

przenikalnością początkową , następnie osiąga maksimum, po czym dla bardzo wysokich

wartości pola magnetycznego, w miarę zbliżania się do nasycenia magnetycznego, wartość

ta zbliża się do jedności (przenikalność względna materiału zbliża się do wartości

przenikalności próżni).

Jest to bardzo uproszczone podejście stosowane w ogólnie elektrotechnice i praktyce

projektowania obwodów magnetycznych, gdzie niezbędne jest określenie wartości

reluktancji. W ścisłym, fizycznym opisie przenikalność może przyjąć nawet postać tensor a.

Czynniki wpływające na przenikalność w ferromagnetykach

Wartości przenikalności względnej w ferromagnetykach zależą nie tylko od składu

chemicznego materiału ale również od bardzo wielu innych czynników. Na przykład,

przenikalność względna nieznacznie rośnie ze wzrostem rozciągających napręże ń

mechanicznych wywołanych wzdłuż kierunku magnesowania, ale silnie maleje dla naprężeń

ściskających, ponieważ prowadzi to to zmian w strukturze domenowej.

Bardzo ważnym czynnikiem jest więc odpowiednia obróbka mechaniczna materiału, jak

również obróbka termiczna, za pomocą której można usuwać niepożądane wewnętrzne

naprężenia mechaniczne powstałe podczas produkcji materiału. Z drugiej strony,

przebiegu natężenia pola magnetycznego.

Przenikalność magnetyczna

wprowadzając odpowiednio ukształtowane naprężenia mechaniczne można znacznie

zwiększyć przenikalność. Metoda taka jest stosowana np. w wysokiej jakości

anizotropowych blachach elektrotechnicznych (używanych np. do produkcji

transformatoró w), gdzie użycie odpowiedniej powłoki izolującej połączonej z

wprowadzeniem precyzyjnie umieszczonych lokalnych naprężeń mechanicznych (za pomocą

naświetlania promieniem lasera lub bardzo utwardzonych kul stalowych) następuje

polepszenie magnetycznej struktury domenowej skutkującej obniżeniem strat mocy i

zwiększeniem przenikalności.

Bardzo ważnym czynnikiem jest również temperatura pracy materiału - im bliżej jest ona

temperatury Curie tym szybciej maleje przenikalność ferromagnetyka.

Zastosowanie praktyczne

Najczęściej wykorzystywane są dwa aspekty względnej przenikalności magnetycznej:

Liniowość przenikalności dla paramagnetyków i diamagnetyków

wykorzystuje się między innymi w różnych indukcyjnych czujnika ch magnetycznych

(np. cewka Rogowskiego) , dla których można łatwo wyliczyć zależność pomiędzy

przenikającym polem magnetycznym i napięciem indukowanym na cewce czujnika.

Przemienne lokalne pole magnetyczne można zmierzyć za pomocą zwykłej cewki

nawiniętej na dowolnym niemagnetycznym rdzeniu , przy znajomości parametrów

cewki, lub jej uprzednim skalibrowaniu . Nie ma praktycznego znaczenia czy rdzeń jest

paramagnetyczny czy diamagnetyczny - obie wartości przenikalności są bardzo bliskie

jedności i popełniany błąd jest zaniedbywalny. Dodatkową zaletą jest również to, że dla

bardzo wysokich wartości pola magnetycznego funkcja przenikalności pozostaje stała

(brak nasycenia magnetycznego) , co umożliwia uzyskanie bardzo dużych indukcji

(nawet rzędu 100 T). W teorii tak dużą indukcję można również uzyskać dla

ferromagnetyków, jednak przy przemagnesowaniu przemiennym straty mocy byłyby

bardzo duże, za to przemagnesowanie dia- i paramagnetyków jest bezstratne (jeśli nie

są one przewodnika mi).

Duża wartość przenikalności dla ferromagnetyków

wykorzystywana jest w różnego typu urządzeniach odpowiedzialnych za transformację

energii pomiędzy różnymi poziomami tej samej energii ( transformator) lub zamianę z

jednego rodzaju energii na inny ( prądnica, silnik elektryczny) . Pomimo tego, że w

ferromagnetycznym rdzeniu występują pewne straty mocy, to jednak skupienie energii

w rdzeniu ferromagnetycznym jest o wiele bardziej korzystne i umożliwia uzyskanie

tego same efektu przy znacznie mniejszych prądach magnesujących (czyli mniejszych

stratach mocy w uzwojeniach elektrycznych takiego obwodu). Praktycznie często

zakłada się, że wartość przenikalności magnetycznej jest stała dla ferromagnetyków do

wartości magnetyzacji nasycenia, lub w danym punkcie pracy. Przenikalność względna

ferromagnetyków jest co najmniej kilka tysięcy razy większa niż innych materiałów -

oznacza to, że o tyle razy łatwiej jest uzyskać taką samą gęstość energii magnetycznej

w ferromagnetyku, niż w innym materiale.

Przenikalność magnetyczna

Rodzaje przenikalności

Dla ośrodków nieliniowych jakimi są ferromagnetyki przenikalność magnetyczna danego

ośrodka nie jest wartością stałą lecz zależy od wielu czynników dlatego definiuje się

szczególne współczynniki określające przenikalność w zadanych warunkach. Wyróżnić

można między innymi:

• przenikalność początkową (definiowana dla H dążącego do zera):

• przenikalność maksymalną (opisana powyżej):

• przenikalność powrotną (w punkcie pracy):

• przenikalność rewersyjną:

• przenikalność impulsową

Zobacz też

• przenikalność elektryczna

• równania Maxwella

Przenikalność magnetyczna

Źródła i autorzy artykułu

Przenikalność magnetyczna Source : http://pl.wikipedia.org/w/index.php?oldid=16923632 Contributors : A., Awmarcz, Belfer00, Birczanin, Googl,

Hannibal, Jotempe, Krzych, Kuszi, LukMak, Ml7, Mpfiz, Norill, Pa3Widzi, PawełMM, Pimke, Piotr Parda, Puchatech K., Stok, Szwejk, Zureks, conversion

script, 15 anonymous edits

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: