Συχνά σκεφτόμαστε πώς οι μαγνήτες προσελκύουν μεταλλικά αντικείμενα. Δεν είναι λιγότερο από θαύματα πραγματικής ζωής, ειδικά μετασχηματιστές και πώς τροφοδοτούν τις συσκευές μας. Όλες οι συσκευές που χρησιμοποιούμε είναι ένας από αυτούς τους μαγνήτες μαγνητών που ονομάζουμε μαγνητική διαπερατότητα. Είναι μια καθαρή ιδέα που είναι η καρδιά πολλών μεγάλων εταιρειών όπως ο ηλεκτρομαγνητισμός, η ηλεκτρονική και η επιστήμη των υλικών.
Αν νομίζετε ότι θα πάρετε κάποια διάλεξη βαρετής φυσικής εδώ, μην ανησυχείτε, θα σας δείξουμε ποια μαγνητική διαπερατότητα είναι με απλό, διασκεδαστικό τρόπο. Έτσι, αν είστε φοιτητής ή απλά έχετε ελεύθερο χρόνο μαθαίνοντας κάτι, εδώ θα βρείτε πώς λειτουργεί ο πραγματικός κόσμος.
Με απλά λόγια, τι είναι η μαγνητική διαπερατότητα;
Η μαγνητική διαπερατότητα είναι πόσο εύκολα μπορεί να μετατραπεί σε άλλο μαγνήτη ή να μαγνητοποιηθεί. Για να μην είναι πάρα πολύ από έναν δάσκαλο φυσικής, αλλά σας λέει πώς μπορεί να διεξάγει κάτι μαγνητικές γραμμές δύναμης.
Πρέπει να είστε εξοικειωμένοι με την ηλεκτρική αγωγιμότητα, η οποία αναφέρει πόσο εύκολα η ηλεκτρική ενέργεια περνά μέσα από οποιοδήποτε σύρμα. Ομοίως, η μαγνητική διαπερατότητα δείχνει πώς μπορεί να μετατρέψει ένα μαγνητικό πεδίο μέσω ενός υλικού.
Τώρα λοιπόν, αν τοποθετήσετε ένα υλικό κοντά σε ένα μαγνητικό πεδίο, τι θα συμβεί; Οποιεσδήποτε εικασίες; Θα υπάρξει υψηλή διαπερατότητα μόνο εάν σε περίπτωση πόσο ένα υλικό υποστηρίζει αυτό το πεδίο. Εάν το υλικό είναι απρόθυμο να πάει στο πεδίο, τότε όλο και λιγότερο θα είναι η διαπερατότητα.
Ελπίζουμε να γνωρίζετε την έννοια της μαγνητικής διαπερατότητας για τώρα. Ακόμα κι αν δεν το κάνατε, μην ανησυχείτε. Θα ξέρετε πότε αρχίζουμε να μιλάμε για το διάστημα της μαγνητικής διαπερατότητας.
Παραδείγματα μαγνητικής διαπερατότητας
Έτσι, ας φέρουμε τη μαγνητική διαπερατότητα στη ζωή και να μάθουμε πώς λειτουργεί.
Σίδερο που κολλάει σε μαγνήτη:Ας πούμε, για μια στιγμή, υπάρχει ένα νύχι σιδήρου στο ένα χέρι και ένας μαγνήτης στο άλλο. Όταν τα φέρνετε αργά, θα νιώσετε μια δύναμη έλξης στα χέρια σας, όπου ο μαγνήτης θα προσελκύσει το σιδερένιο καρφί στον εαυτό του. Τώρα, αυτό σημαίνει ότι υπάρχει υψηλή μαγνητική διαπερατότητα, η οποία ανταποκρίνεται έντονα σε υψηλά μαγνητικά πεδία.
Ξύλο και μαγνήτες:Τι γίνεται με το ξύλο; Έχετε συναντήσει ποτέ ξύλο να κολλήσει σε μαγνήτη; Φυσικά όχι. Τα ξύλα δεν έχουν μαγνητική διαπερατότητα σε σύγκριση με τα μέταλλα σιδήρου ή χάλυβα.
Σημείωμα: Το καλύτερο παράδειγμα μαγνητικής διαπερατότητας είναι ο μετασχηματιστής. Οι πυρήνες μετασχηματιστών είναι κατασκευασμένοι από ειδικούς χάλυβες με την υψηλότερη διαπερατότητα, οι οποίες λειτουργούν τέλεια σε μαγνητικά πεδία για να ολοκληρώσουν τις εφαρμογές τους.
Έτσι, αν ένας μαγνήτης κολλάει σε κάτι ή όχι, δεν πρόκειται για τον μαγνήτη. Πρόκειται για το αν αυτό περνάει μαγνητικά πεδία μέσα από αυτό ή όχι.
Τι λέει η επιστήμη για τη μαγνητική διαπερατότητα;
Τώρα, ας έρθουμε στις επιστημονικές προοπτικές. Σας υπόσχομαι ότι δεν θα είναι καθόλου βαρετό.
Όταν μιλάμε για τη διαπερατότητα κάτι ή υλικό, προέρχεται από μια εξίσωση που λέει:μ=H/B
● Εδώ το μ (mu) αναφέρεται στη μαγνητική διαπερατότητα.
● Το B αναφέρεται σε πυκνότητα μαγνητικής ροής, η οποία δείχνει πόσο ισχυρά μαγνητικά πεδία είναι γύρω από το υλικό.
● Το H αναφέρεται σε αντοχή μαγνητικού πεδίου, η οποία είναι το μαγνητικό πεδίο που εφαρμόζεται από το εξωτερικό και πόσο ισχυρό είναι.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της απόλυτης διαπερατότητας και της σχετικής διαπερατότητας;
Υπάρχουν δύο τύποι διαπερατότητας.
Απόλυτη διαπερατότητα:Είναι η αξία της διαπερατότητας που χρησιμοποιούμε όταν υπάρχει συγκεκριμένο υλικό. Το σύμβολο του είναι "μ".
Σχετική διαπερατότητα:Τώρα, μιλήστε για τη σχετική διαπερατότητα, η οποία θα γίνει λίγο σκληρή, αλλά μην ανησυχείτε. Συγκρίνει τη διαπερατότητα ενός ελεύθερου χώρου. Μπορούμε να πούμε ότι ένα κενό έχει διαπερατότητα από την άποψη της εξίσωσης: μ 0=4 π × 10^7 h/m
Έτσι, η σχετική διαπερατότητα θα είναι: μr=μ/μΟ
Εάν υπάρχει υλικό με μᵣ> 1, θα αντιπροσωπεύει ότι έχει ένα καλύτερο μαγνητικό πεδίο, το οποίο ονομάζεται επίσης σιδηρομαγνητικό. Εάν μᵣ <1, τότε θα δείξει ένα αδύναμο ή λιγότερο μαγνητικό πεδίο, το οποίο είναι γνωστό ως διαμαγνητικό.
Τύποι μαγνητικών υλικών με βάση τη διαπερατότητα
Τώρα, εδώ είναι το μέρος του διαστήματος όπου θα δείτε τα πάντα ενδιαφέροντα. Μιλήστε για τα υλικά, τότε ανταποκρίνονται διαφορετικά στα μαγνητικά πεδία ανάλογα με τη διαπερατότητα τους. Εάν τα σπάσουμε σε διάφορα μέρη, θα γνωρίζετε καλύτερα πώς λειτουργούν.
1. Φερρομαγνητικά υλικά
Τα σιδηρομαγνητικά υλικά είναι πολύ συνηθισμένα και έχουν πολύ υψηλή σχετική διαπερατότητα. Ένας τέτοιος τύπος υλικού προσελκύει έντονα σε μαγνητικά πεδία και μπορεί, στην πραγματικότητα, να προσαρμοστεί στον μαγνητισμό για λίγο όταν το πεδίο έχει αφαιρεθεί.
Παραδείγματα: Περιλαμβάνει σίδηρο, νικέλιο, κοβάλτιο και πολλά άλλα.
2. Παραμαγνητικά υλικά
Τα παραμαγνητικά υλικά προσελκύονται εν μέρει από τα μαγνητικά πεδία και όχι έντονα. Το υλικό αυτό δεν διατηρεί ή υιοθετεί μαγνητισμό όταν αφαιρείται το πεδίο. Η σχετική διαπερατότητα τους γίνεται ελαφρώς μεγαλύτερη από 1.
Παραδείγματα: Συμπεριλάβετε αλουμίνιο, πλατίνα, μαγνήσιο κ.λπ.
3. Διαμαγνητικά υλικά
Ένας τέτοιος τύπος υλικού είναι ελαφρώς απωθημένος από το μαγνητικό πεδίο αντί να προσελκύεται από αυτό. Η σχετική διαπερατότητα του είναι ελαφρώς μικρότερη από 1, γεγονός που εξηγεί γιατί απωθείται από μαγνητικά πεδία.
Παραδείγματα: Χαλκός, βισμούθιο, νερό και πολλά άλλα.
Σημασία της μαγνητικής διαπερατότητας
Η συζήτηση για τη μεταμεταμερική διαπερατότητα δεν είναι μόνο μια διάλεξη σε μια τάξη φυσικής. Είναι ένα κυριολεκτικό παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί η σύγχρονη τεχνολογία. Εδώ, μάθετε πώς χρησιμοποιούμε τη μαγνητική διαπερατότητα στοΌλα όσα χρησιμοποιούμε καθημερινά.
Ηλεκτρικοί κινητήρες και μετασχηματιστές
Η μαγνητική διαπερατότητα χρησιμοποιείται σε μετασχηματιστές και οι ηλεκτρικοί κινητήρες εξαρτώνται διεξοδικά από τα μαγνητικά πεδία για τη δημιουργία και τη μεταφορά ενέργειας. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε αυτά τα συστήματα είναι υψηλά σε διαπερατότητα, επιτρέποντας την καλύτερη μεταφορά ενέργειας και, ως εκ τούτου, μειώνοντας την απώλεια ενέργειας και την απώλεια θερμότητας.
Θωράκιση από εξωτερικά μαγνητικά πεδία
Ορισμένοι μηχανικοί χρησιμοποιούν υλικά με λιγότερη διαπερατότητα, όπως σαρωτές μαγνητικής τομογραφίας διαστημόπλοιων. Τέτοια υλικά χρησιμοποιούνται για την προστασία των εξαρτημάτων από οποιοδήποτε από τα εξωτερικά μαγνητικά πεδία.
Συσκευές αποθήκευσης δεδομένων
Χρησιμοποιούμε μαγνητικές ταινίες και σκληρούς δίσκους. Όλα αυτά τα υλικά είναι σιδηρομαγνητικά υλικά. Χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ή την αποθήκευση δεδομένων.
Χρήση ηλεκτρομαγνητών
Οι ηλεκτρομαγνήτες έχουν πολλές χρήσεις, όπως σε γερανούς και σαρωτές μαγνητικής απεικόνισης trans (MRI). Ο ηλεκτρομαγνητισμός λειτουργεί σε υλικά που διεισδύουν σε μαγνητικά πεδία λόγω της υψηλής διαπερατότητας τους.
Η διαπερατότητα δεν είναι πάντα σταθερή
Τώρα, υπάρχει μια άλλη συστροφή που πρέπει να καταλάβετε. Ορισμένοι παράγοντες μπορούν να προκαλέσουν τη φόρτιση της μαγνητικής διαπερατότητας. Για να το καταλάβω καλύτερα, επιτρέψτε μου να ξέρω ποιοι είναι αυτοί οι παράγοντες.
Μαγνητικός κορεσμός
Υπάρχει μια διαφορά στον κορεσμό: πόσο ένα υλικό μπορεί να πάρει μαγνητική ροή. Εάν ο σίδηρος, το οποίο είναι ένα εξαιρετικά διαπερατό υλικό, εφαρμόζεται σε ένα μαγνητικό πεδίο, θα πάρει κορεσμένο, αλλά δεν θα πάρει μαγνητική ροή.
Είναι σαν ένα σφουγγάρι όταν είναι εμποτισμένο με νερό. Πόσο μπορεί να κρατήσει; Όσο μπορεί.
Διαφορές θερμοκρασίας
Η θερμοκρασία επηρεάζει τη διαπερατότητα.
● Εάν θερμαίνετε τα σιδηρομαγνητικά υλικά, τότε η διαπερατότητα τους μπορεί να μειωθεί.
● Ομοίως, στη θερμοκρασία Curie, το τέλος θα χάσει όλες τις μαγνητικές του ιδιότητες και δεν αντιδρά πλέον στο μαγνητικό πεδίο.
Διαφορά συχνότητας
Εάν κάτι χρησιμοποιεί ένα εναλλασσόμενο ρεύμα, όπως οι μετασχηματιστές, η διαπερατότητα μπορεί να έχει διαφορετικές συχνότητες. Τέτοιες περιπτώσεις οδηγούν σε ορισμένες απώλειες πυρήνα που οι μηχανικοί εξακολουθούν να εργάζονται για να διαχειριστούν.
Διασκεδαστικά γεγονότα σχετικά με τη μαγνητική διαπερατότητα
Τώρα, αρκετές από τις εξισώσεις και όλη τη ρομποτική επιστήμη, ας σας παρουσιάσουμε στο διασκεδαστικό μέρος της μαγνητικής διαπερατότητας.
● Αν μιλάμε για κενό, τότε έχει διαπερατότητα βασικής γραμμής. Αυτό σημαίνει ότι οι άδειοι χώροι επιτρέπουν στα μαγνητικά πεδία να περάσουν, καθιστώντας τη διαπερατότητα μια καθολική σταθερά.
● Ορισμένα υλικά επιπλέουν σε ένα μαγνητικό πεδίο. Όπως το βισμούθιο και ο γραφίτης, μπορούν να λεηλατούν σε ισχυρά μαγνητικά πεδία λόγω του διαμαγνητισμού.
● Αναρωτηθήκατε ποτέ πώς προστατεύουν τα διαστημικά σκάφη ή τα εργαστήρια από το μαγνητικό πεδίο της Γης; Χρησιμοποιούν mu-metals, τα οποία έχουν εξαιρετικά υψηλή διαπερατότητα, για να διατηρήσουν την ισορροπία τους και να τα σώσουν από το μαγνητικό πεδίο της Γης.
● Το μαγνητικό πεδίο της Γης παράγεται από μια γιγαντιαία σιδηρομαγνητική μπάλα στον πυρήνα της Γης.
Συχνές ερωτήσεις
Η μαγνητική διαπερατότητα και ο μαγνητισμός είναι το ίδιο πράγμα;
Όχι, δεν είναι. Ο μαγνητισμός είναι μια γενικότερη ιδιοκτησία. Η διαπερατότητα είναι μετρήσιμη χρησιμοποιώντας την εξίσωση του, η οποία δείχνει πώς ένα υλικό ανταποκρίνεται στο μαγνητικό πεδίο.
Μπορούμε να αλλάξουμε τη διαπερατότητα του υλικού;
Ναι, μπορείτε να αλλάξετε τη διαπερατότητα του υλικού. Το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να εφαρμόσετε αυτούς τους παράγοντες που επηρεάζουν τη διαπερατότητα. Όπως η εφαρμογή θερμότητας, το άγχος, η αλλαγή του σχήματος του και πολλά άλλα.
Γιατί η διαπερατότητα είναι τόσο σημαντική για τους μηχανικούς;
Ένας από τους λόγους για τους οποίους η διαπερατότητα είναι πολύ σημαντική είναι επειδή είναι ο πυρήνας ορισμένων σημαντικών μηχανών όπως οι μετασχηματιστές, οι αισθητήρες και οτιδήποτε άλλο χρησιμοποιεί τη διαδικασία του ηλεκτρομαγνητισμού. Σε τέτοιες περιπτώσεις, οι μηχανικοί χρησιμοποιούν τα σωστά διαπερατά υλικά, αυξάνοντας την αποτελεσματικότητά τους και αποτρέποντας τα απόβλητα.
Σύναψη
Η μαγνητική διαπερατότητα ακούγεται σαν ένα βαρετό θέμα επιστήμης, αλλά είναι πολύ ενδιαφέρον. Αυτό που το καθιστά πιο ενδιαφέρον είναι ο ρόλος της στην καθημερινή μας ζωή. Χρησιμοποιούμε έναν φορτιστή που τροφοδοτεί τα τηλέφωνά μας, τους σαρωτές μαγνητικής τομογραφίας στα νοσοκομεία και ακόμη και τα μαγνητικά πεδία της Γης. Όλα αυτά εξηγούν γιατί η μαγνητική διαπερατότητα είναι τόσο σημαντική για εμάς. Έτσι, όλη αυτή η γνώση τώρα απαντά στην ερώτησή σας, "Τι είναι η μαγνητική διαπερατότητα;"
