Магнитная проницаемость: определение и виды¶

Магнитная проницаемость — физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией в веществе и напряжённостью внешнего магнитного поля. Она показывает, во сколько раз индукция магнитного поля в данной среде отличается от индукции в вакууме при той же напряжённости поля. Обозначается обычно греческой буквой μ.

¶Определение

В системе СИ абсолютная магнитная проницаемость μ определяется соотношением:

B = μH

где B — магнитная индукция (Тл), H — напряжённость магнитного поля (А/м), μ — абсолютная магнитная проницаемость (Гн/м). Для вакуума μ₀ = 4π × 10⁻⁷ Гн/м — магнитная постоянная.

Чаще используют относительную магнитную проницаемость μᵣ = μ / μ₀ — безразмерную величину, показывающую, во сколько раз среда усиливает (или ослабляет) поле по сравнению с вакуумом. В вакууме μᵣ = 1.

¶Виды и классификация

По значению и поведению относительной проницаемости вещества делят на несколько групп.

¶Диамагнетики

μᵣ немного меньше единицы (например, у меди, воды, висмута — порядка 0,9999). Внешнее поле ослабляется за счёт индуцированных молекулярных токов, направленных против поля. Диамагнетизм — слабый эффект, не зависящий от температуры.

¶Парамагнетики

μᵣ немного больше единицы (у алюминия, платины, кислорода — порядка 1,00001). Атомы обладают собственными магнитными моментами, которые слабо ориентируются по полю. Намагниченность убывает с ростом температуры (закон Кюри).

¶Ферромагнетики

μᵣ достигает больших значений — от сотен до сотен тысяч (у железа, никеля, кобальта и их сплавов). Проницаемость сильно зависит от напряжённости поля, температуры и предыстории образца. Для ферромагнетиков различают:

• начальную проницаемость — при слабом поле;
• максимальную проницаемость — в точке наибольшей крутизны кривой намагничивания;
• дифференциальную проницаемость — производную индукции по напряжённости в данной точке.

Выше точки Кюри ферромагнетик превращается в парамагнетик.

¶Ферримагнетики

Промежуточная группа (ферриты). Магнитные моменты подрешёток направлены противоположно, но не компенсируют друг друга, что даёт высокую проницаемость при малой электропроводности.

¶Зависимость от поля и частоты

У ферромагнетиков μ не является постоянной: она растёт с увеличением H до максимума, затем падает (явление насыщения). Зависимость описывается кривой намагничивания и петлёй гистерезиса.

На переменном токе проницаемость становится комплексной: μ = μ′ − iμ″. Действительная часть отвечает за накопление энергии, мнимая — за потери. С ростом частоты μ′ обычно снижается из-за запаздывания перемагничивания.

¶Применение

Знание магнитной проницаемости важно при расчёте трансформаторов, дросселей, электромагнитов и магнитных экранов. Материалы с высокой μ (электротехническая сталь, пермаллой) используют для сердечников, с низкой — для изоляции магнитных потоков. Ферриты применяют в высокочастотной технике благодаря сочетанию высокой проницаемости и малых потерь.

¶Измерение

Проницаемость определяют косвенно — по индуктивности катушки с образцом, по силе притяжения в магнитном поле или баллистическим методом. Для слабомагнитных веществ применяют чувствительные магнитометры.