 | Ten artykuł należy dopracować zgodnie z zaleceniami edycyjnymi: napisać/poprawić definicję, zweryfikować treść i dodać źródła, napisać/poprawić definicję. Po wyeliminowaniu niedoskonałości prosimy usunąć szablon {{Dopracować}} z kodu tego artykułu. |
Przenikalność magnetyczna jest to wielkość określająca zdolność danego materiału (ośrodka) do zmiany indukcji magnetycznej pod wpływem natężenia pola magnetycznego.
Spis treści |
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 μ0 i którego wartość wynosi w układzie SI:
Dla próżni doskonałej spełnione jest więc równanie:
| Wartości przenikalności względnych dla wybranych materiałów | |
|---|---|
| Próżnia | 1 |
| Powietrze | 1,000 000 37 |
| Aluminium | 1,000 020 |
| Miedź | 0,999 99 |
| Izotropowa blacha elektrotechniczna (Fe96Si4) | * 7 000 |
| Anizotropowa blacha elektrotechniczna Fe97Si3) | * 100 000 |
| Permendur (Co50Fe50) | * 5 000 |
| Supermaloj (Ni79Fe15Mo5) | * 1 000 000 |
| Monokrystaliczny stop (Fe97Si3) | * 3 800 000 |
* oznaczono przenikalności maksymalne
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: μr - względna przenikalność magnetyczna ośrodka (liczba bezwymiarowa) określana jako stosunek przenikalności magnetycznej danego ośrodka do przenikalności magnetycznej próżni.
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 przypadku ferromagnetyków przenikalność względna nie może zostać opisana jedną liczbą (skalarem). Dla jednoosiowego przemagnesowania przenikalność względna ferromagnetyków określana jest nieliniową funkcją:
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: Bm - szczytowa wartość przebiegu indukcji magnetycznej, Hm - szczytowa wartość przebiegu natężenia pola magnetycznego.
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 tensora.
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 naprężeń 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, wprowadzając odpowiednio ukształtowane naprężenia mechaniczne można znacznie zwiększyć przenikalność. Metoda taka jest stosowana np. w wysokiej jakości anizotropowych blachach elektrotechnicznych (używanych np. do produkcji transformatorów), 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.
Najczęściej wykorzystywane są dwa aspekty względnej przenikalności magnetycznej:
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:
