Perméabilité magnétique constante et table

La perméabilité magnétique C'est la quantité physique de la propriété de la matière de génération de son propre champ magnétique, lorsqu'il est imprégné par un autre champ magnétique extérieur.

Les deux champs: l'extérieur et le leur se chevauchent en donnant un champ résultant. Au champ extérieur, indépendamment du matériau, on l'appelle Intensité du champ magnétique H, tandis que le chevauchement du champ extérieur plus celui induit dans le matériau est le induction magnétique B.

Figure 1. Solénoïde avec un matériau de perméabilité magnétique noyau μ. Source: Wikimedia Commons.

En ce qui concerne les matériaux homogènes et les isotropes, les champs H et B Ils sont proportionnels. Et la constante de proportionnalité (escalade et positive) est la perméabilité magnétique, indique la lettre grecque μ:

B = μ H

Dans le système international si le induction magnétique B Il est mesuré en Tesla (t), tandis que le Intensité du champ magnétique H Il est mesuré en ampère sur le métro (A / M). 

Étant donné que μ Doit garantir une homogénéité dimensionnelle dans l'équation, l'unité de μ Dans le système si c'est:

[μ] = (Tesla ⋅ mètre) / ampère = (t ⋅ m) / a

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Perméabilité magnétique du vide

Voyons comment les champs magnétiques se produisent, dont nous vous déposons les valeurs absolues  B et H, Dans une bobine ou un solénoïde. De là, le concept de perméabilité magnétique du vide sera introduit.

Le solénoïde se compose d'un pilote en spirale. Chaque rond en spirale est appelé tourner. Si le courant est passé Toi Pour le solénoïde, alors il y a un électro-aimant qui produit un champ magnétique B. 

De plus, la valeur de l'induction magnétique B est plus grand, dans la mesure où le courant Toi Il augmente. Et aussi lorsque la densité des virages augmente n (le numéro N de virages entre la longueur d du solénoïde). 

L'autre facteur qui affecte la valeur du champ magnétique produit par un solénoïde est la perméabilité magnétique μ du matériau à l'intérieur. Enfin, l'ampleur de ce champ est:

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B = μ. Toi .n = μ. Toi .(N / d)

Comme dit dans la section précédente, le Intensité du champ magnétique h est:

H = i.(N / d)

Ce champ de grandeur H, qui ne dépend que du courant circulant et du solénoïde tourne la densité, "permea" au matériau de perméabilité magnétique μ, le faire magnétiser. 

Ensuite, il y a un champ de grandeur total B, Cela dépend du matériau qui se trouve à l'intérieur du solénoïde.

Solénoïde vide

De même, si le matériau à l'intérieur du solénoïde est le vide, alors le champ H "permea" le vide produisant un champ résultant b. Le quotient entre le champ B dans le vide et H Produit par le solénoïde définit la perméabilité du vide, dont la valeur est:

 μsoit = 4π x 10^-7 (T⋅m) / a

Il s'avère que la valeur précédente était une définition exacte jusqu'au 20 mai 2019. À cette date, un examen du système international a été effectué, ce qui mène à cela μsoit être mesuré expérimentalement.

Cependant, les mesures prises jusqu'à présent indiquent que cette valeur est extrêmement précise.

Table de perméabilité magnétique

Les matériaux ont une perméabilité magnétique caractéristique. Maintenant, il est possible de trouver la perméabilité magnétique avec d'autres unités. Par exemple, prenons l'unité d'inductance, qui est le Henry (H):

1h = 1 (t ⋅ m²)/POUR. 

En comparant cette unité qui s'est produite au début, on voit qu'il y a une ressemblance, bien que la différence soit le compteur carré que l'Henry possède. Pour cette raison, la perméabilité magnétique est considérée comme une inductance par unité de longueur:

[μ] = h / m.

La Perméabilité magnétique μ Il est étroitement lié à une autre propriété physique des matériaux, appelée Susceptibilité magnétique χ, qui est défini comme:

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μ = μsoit (1 + χ)

Dans l'expression précédente μsoit, C'est le Perméabilité magnétique du vide.

La Susceptibilité magnétique χ C'est la proportionnalité entre le champ externe H et la magnétisation du matériel M.

Perméabilité relative

Il est très courant d'exprimer la perméabilité magnétique par rapport à la perméabilité du vide. Il est connu sous le nom de perméabilité relative et n'est rien de plus que le quotient entre la perméabilité du matériau par rapport à celui du vide.

Selon cette définition, la perméabilité relative n'a pas d'unités. Mais c'est un concept utile pour classer les matériaux. 

Par exemple, les matériaux sont Ferromagnétique, Tant que sa perméabilité relative est beaucoup plus grande que l'unité.

De la même manière, substances paramagnétique Ils ont une perméabilité relative juste au-dessus de 1.

Et enfin les matériaux diamagnétiques ont des perméabilités relatives juste en dessous de l'unité. La raison en est qu'ils sont magnétisés de telle manière qu'ils produisent un champ qui s'oppose au champ magnétique extérieur.

Il convient de mentionner que les matériaux ferromagnétiques ont un phénomène appelé «hystérésis», dans lequel ils gardent la mémoire des champs précédemment appliqués. En vertu de cette caractéristique, ils peuvent former un aimant permanent.

Figure 2. Souvenirs magnétiques de ferrite. Source: Wikimedia Commons

En raison de la mémoire magnétique des matériaux ferromagnétiques, les mémoires des ordinateurs numériques d'origine étaient de petits taureaux de ferrite croisés par des conducteurs. Là, ils ont gardé, extrait ou effacé le contenu (1 ou 0) de la mémoire. 

Les matériaux et leur perméabilité

Voici quelques matériaux, avec sa perméabilité magnétique en h / m et par parenthèses sa perméabilité relative:

Fer: 6.3 x 10^-3 (5000)

Cobalt-hierro: 2.3 x 10^-2 (18000)

Nickel-Hierro: 1.25 x 10^-1 (100000)

Manganèse-zinc: 2.5 x 10^-2 (20000)

Acier au carbone: 1.26 x 10^-4 (100)

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Aimant au néodimium: 1.32 x 10^-5 (1.05)

Platine: 1.26 x 10^-6 1.0003

Aluminium: 1.26 x 10^-6 1.00002

Air 1.256 x 10^-6 (1.0000004)

Téflon 1.256 x 10^-6 (1.00001)

Bois sec 1.256 x 10^-6 (1.0000003)

Cuivre 1.27 x10^-6 (0.999)

Eau pure 1.26 x 10^-6 (0.999992)

Supraconducteur: 0 (0)

Analyse du tableau

Observant les valeurs de ce tableau, on peut voir qu'il existe un premier groupe avec une perméabilité magnétique liée à celle du vide avec des valeurs élevées. Ce sont des matériaux ferromagnétiques, très adaptés à la fabrication d'électromagnes pour la production de grands champs magnétiques.

figure 3. Courbes B Vs. H pour les matériaux ferromagnétiques, paramagnétiques et diamagnétiques. Source: Wikimedia Commons.

Ensuite, nous avons un deuxième groupe de matériaux, avec une perméabilité magnétique relative juste au-dessus de 1. Ce sont des matériaux paramagnétiques.

Ensuite, des matériaux avec une perméabilité magnétique relative peuvent être vus juste en dessous de l'unité. Ce sont des matériaux diamagnétiques tels que l'eau pure et le cuivre.

Enfin, nous avons un supraconducteur. Les supraconducteurs ont une perméabilité magnétique nulle car le champ magnétique à l'intérieur exclut complètement. Les supraconducteurs ne servent pas à être utilisés dans le noyau d'un électroaim. 

Cependant, les électromagets de supraconducteur sont généralement construits, mais le supraconducteur est utilisé dans l'enroulement pour établir des courants électriques très élevés qui produisent des champs magnétiques élevés.

Les références

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2. Figueroa, D. (2005). Série: Physique pour la science et l'ingénierie. Volume 6. Électromagnétisme. Édité par Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, D.  2006. Physique: principes avec applications. 6e.Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, L. 2007. Physique: un regard sur le monde. 6e édition abrégée. Cengage Learning. 233.
5. Youtube. Magnétisme 5 - perméabilité. Récupéré de: youtube.com
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7. Wikipédia. Perméabilité (électromagnétisme). Récupéré de: dans.Wikipédia.com