Μαγνητική Επιδεκτικότητα και Διαπερατότητα

Η μαγνητική επιδεκτικότητα είναι η ποσότητα μαγνήτισης που δημιουργείται όταν εκτίθεται σε μαγνήτη μοναδιαίας ισχύος. Η μαγνητική διαπερατότητα είναι ο συσχετισμός της μαγνητικής επαγωγής με τη μαγνητική ένταση ενός υλικού. Η μαγνητική διαπερατότητα είναι μια κλιμακωτή ποσότητα και το σύμβολο της είναι «μ».

Η μαγνητική διαπερατότητα βοηθά στη μέτρηση της αντίστασης ενός υλικού στο μαγνητικό πεδίο, ή με άλλα λόγια, είναι η μέτρηση του βαθμού στον οποίο το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο μπορεί δυνητικά να διεισδύσει σε ένα υλικό.

Η μαγνητική αγωγιμότητα θα είναι μεγαλύτερη εάν ένα υλικό έχει μεγαλύτερη μαγνητική διαπερατότητα.

Η μαγνητική διαπερατότητα βοηθά τη μαγνητική δύναμη των γραμμών να περάσει μέσα από μια ουσία.

Μαγνητική ευαισθησία

Η μαγνητική επιδεκτικότητα είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό χαρακτηριστικό ενός υλικού που δείχνει πόσο έντονα μαγνητίζεται. Όταν ένα μαγνητικό πεδίο προκαλεί μαγνήτιση σε ένα υλικό, μετράται η μαγνητική επιδεκτικότητα, ένας αδιάστατος παράγοντας αναλογικότητας που υποδεικνύει το βαθμό μαγνήτισης. Το μέγεθος του M είναι συγκρίσιμο με το εφαρμοζόμενο πεδίο στην ακόλουθη πρόταση:

Τύπος μαγνητικής επιδεκτικότητας:

Xm =M/H

Χ Μ : μαγνητική επιδεκτικότητα

Μ: μαγνητισμός

Ω: Εφαρμοσμένη ένταση μαγνητιστικού πεδίου

Ένας λόγος μαγνητικής επιδεκτικότητας δεν έχει μονάδα επειδή είναι ο λόγος δύο ποσοτήτων που εκφράζονται στις ίδιες μονάδες. Η μαγνητική επιδεκτικότητα επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά του υλικού και της θερμοκρασίας.

Ο Μαθηματικός Όρος

Σε αυτήν την περίπτωση, Xm =I εάν H =M.

Με άλλα λόγια, η μαγνητική επιδεκτικότητα ενός υλικού είναι η ποσότητα μαγνήτισης που δημιουργεί όταν εκτίθεται σε μαγνήτη μοναδιαίας ισχύος.

Σύμφωνα με τη μαγνητική διαπερατότητα, τα υλικά μπορούν να ταξινομηθούν ως εξής:

• Διαμαγνητικά υλικά – Όταν τοποθετούνται σε μαγνητικό πεδίο, τα διαμαγνητικά υλικά μαγνητίζονται εύκολα. Με απλά λόγια, αυτά τα υλικά απωθούνται από ένα μαγνητικό πεδίο. Όλα τα υλικά που περιέχουν άτομα που έχουν ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν διαμαγνητικές ιδιότητες. Ένα παράδειγμα διαμαγνητικού υλικού είναι το Βισμούθιο.
• Παραμαγνητικά υλικά – Όταν τοποθετούνται σε μαγνητικό πεδίο, τα παραμαγνητικά υλικά τείνουν να μαγνητίζονται ασθενώς προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Ωστόσο, όταν αφαιρεθεί το εφαρμοζόμενο πεδίο, τα υλικά χάνουν τον μαγνητισμό τους. Αυτό συμβαίνει επειδή η θερμική κίνηση προκαλεί την τυχαιοποίηση των προσανατολισμών σπιν των ηλεκτρονίων.

Περιβαλλοντικές επιπτώσεις της μαγνητικής ευαισθησίας 

Οι ιδιότητες που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία των περισσότερων υλικών απαιτούν την εξισορρόπηση των πυρήνων στη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Για τα παραμαγνητικά υλικά, (τα παραμαγνητικά υλικά έχουν μόνιμα ατομικά δίπολα. Δρουν μεμονωμένα και κυμαίνονται προς την κατεύθυνση του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου.), η εξίσωση Curie-Weiss δηλώνει ότι k =c/T, με c είναι η σταθερά Curie και T είναι Θερμοκρασίες Kelvin. Στους 20°C, η MS του καθαρού παραμαγνητικού υλικού είναι 1,7 τοις εκατό (3,5 τοις εκατό, 7,1 τοις εκατό) μεγαλύτερη από την ευαισθησία σε θερμοκρασία δωματίου στους 5°C (10°C, 20°C) κάτω από τη θερμοκρασία δωματίου. Μεταξύ 0°C και 20°C, η εξάρτηση από τη θερμοκρασία άλλων υλικών είναι λιγότερο έντονη.

Δεδομένου ότι το μαγνητικό πεδίο ευθυγραμμίζει κάπως τις μαγνητικές ροπές των παραμαγνητικών μορίων, η μαγνητική επιδεκτικότητα ενός διαμερίσματος που περιέχει χηλικές ενώσεις Gd-DTPA αλλάζει. Το σχήμα και ο προσανατολισμός του μαγνητικού πεδίου στο οποίο βρίσκεται το μόριο του ξενιστή παίζουν επίσης ρόλο σε αυτή τη μετατόπιση της ευαισθησίας. Τα τοπικά μαγνητικά πεδία των πρωτονίων του νερού τροποποιούνται από το διαφορικό μαγνητικής επιδεκτικότητας, το οποίο έχει επίδραση στις τοπικές συχνότητες συντονισμού.

Χαρακτηριστικά της Μαγνητικής Επιδεκτικότητας

Είναι δυνατό να προβλεφθεί η συμπεριφορά ενός υλικού από τη μαγνητική του επιδεκτικότητα. Με τη χρήση αυτής της τεχνικής, μπορεί να μελετηθεί η ικανότητα ενός μαγνητικού πεδίου να προσελκύει ή να απωθεί ένα υλικό. Όταν τα παραμαγνητικά υλικά ανακαλύπτουν μέρη με υψηλότερα μαγνητικά πεδία, μπορεί να έλκονται από αυτά. Ενώ ευθυγραμμίζεται με το μαγνητικό πεδίο, αυτό συμβαίνει. Ανάλογα με την κατάσταση, τα διαμαγνητικά υλικά (τα διαμαγνητικά υλικά είναι εκείνα που δεν έχουν ιδιότητες μόνιμης μαγνήτισης χωρίς το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο) μπορεί να παρουσιάζουν μοναδική συμπεριφορά. Τα μαγνητικά πεδία δεν μπορούν να ευθυγραμμιστούν σε αυτά τα υλικά. Ως αποτέλεσμα, τα υλικά ωθούνται μακριά από υψηλότερα μαγνητικά πεδία και προς περιοχές με χαμηλότερα. Η μαγνήτιση του υλικού είναι πάντα πάνω από το εφαρμοζόμενο πεδίο. Προστίθεται στο μαγνητικό πεδίο που έχει ήδη. Μπορεί να αλλάξει τον παραμαγνητισμό και τον διαμαγνητισμό χρησιμοποιώντας διαφορετικούς τύπους γραμμών πεδίου. Είναι δυνατή η ποσοτική μέτρηση της μαγνητικής επιδεκτικότητας. Όλα αυτά μπορούν να μας παρέχουν τις απαραίτητες γνώσεις με βάση τη δομή του υλικού. Εκτός αυτού, μπορούν να αποκαλύψουν πληροφορίες σχετικά με τα ενεργειακά επίπεδα του υλικού και τη δύναμη των δεσμών τους.

Μαγνητική διαπερατότητα

Ο τύπος για τη μαγνητική διαπερατότητα δίνεται ως:

Μαγνητική Διαπερατότητα (μ) =B/H

B =μαγνητική ένταση

H =μαγνητιστικό πεδίο

Μετριέται σε Henries ανά μέτρο (h/m) ή σε Newtons ανά μέτρο στο τετράγωνο.

Εφαρμογές Μαγνητικής Διαπερατότητας

• Παραγωγή, διανομή και μετατροπή ενέργειας
• Αποθήκευση και ανάκτηση πληροφοριών
• Μέσα και τηλεπικοινωνίες
• Μαγνητικές πυξίδες
• Ηλεκτρογεννήτριες
• Μαγνητική ταινία
• Χαρακτηρισμός μαγνητικών υλικών

Σχέση μεταξύ μαγνητικής διαπερατότητας και μαγνητικής επιδεκτικότητας

Η σχέση δημιουργείται ως εξής:

Λαμβάνοντας τις σχετικές εξισώσεις για να σχηματιστεί η σχέση.

B =μ0(H+M) και M =XmH

B =μ0(H+XmH)

B =μ0H(1+Xm)

Λοιπόν,

μH =μ0H(1+Xm)

μ/μ0 =μr

Xm =1 – μr

Συμπέρασμα

Έχουμε μάθει ότι μαγνητική επιδεκτικότητα και διαπερατότητα είναι ένα χαρακτηριστικό υλικό που ορίζει πώς αλλάζει το μαγνητικό πεδίο μέσα σε ένα υλικό σε σύγκριση με το πεδίο μαγνήτισης στο οποίο τοποθετείται. Με άλλα λόγια, δείχνει πόσο εύκολα ένα παραγόμενο μαγνητικό πεδίο επηρεάζει μια ουσία. Η εφαρμογή αυτής της ιδιότητας υλικού είναι εξαιρετικά σημαντική σε διάφορους τομείς. Υλικά με εξαιρετικά υψηλή μαγνητική διαπερατότητα χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρομαγνήτες, μετασχηματιστές και επαγωγείς.