PERMEABILITÀ MAGNETICA: COSTANTE E TABELLA - FISICO - 2025

La permeabilità magnetica è la quantità fisica della proprietà della materia di generare il proprio campo magnetico, quando è permeata da un campo magnetico esterno.

Entrambi i campi: esterno e proprio, si sovrappongono dando un campo risultante. A il, indipendente dal materiale, campo esterno viene chiamato campo magnetico forza H , mentre sovrapposto al campo esterno più il materiale viene indotta nel induzione magnetica B .

Figura 1. Solenoide con nucleo in materiale di permeabilità magnetica μ. Fonte: Wikimedia Commons.

Quando si tratta di materiali omogenei e isotropi, i campi H e B sono proporzionali. E la costante di proporzionalità (scalare e positiva) è la permeabilità magnetica, indicata dalla lettera greca μ:

B = μ H

Nel Sistema Internazionale SI l'induzione magnetica B è misurata in Tesla (T), mentre l'intensità del campo magnetico H è misurata in Ampere su metro (A / m).

Poiché μ deve garantire l'omogeneità dimensionale nell'equazione, l'unità di μ nel sistema SI è:

= (Tesla ⋅ metro) / Ampere = (T ⋅ m) / A

Permeabilità magnetica del vuoto

Vediamo come i campi magnetici, i cui valori assoluti indichiamo con B e H, vengono prodotti in una bobina o solenoide. Da lì verrà introdotto il concetto di permeabilità magnetica del vuoto.

Il solenoide è costituito da un conduttore avvolto a spirale. Ogni giro della spirale è chiamato giro. Se la corrente viene fatta passare attraverso il solenoide i, allora abbiamo un elettromagnete che produce un campo magnetico B .

Inoltre, il valore dell'induzione magnetica B è maggiore, all'aumentare della corrente i. E anche quando la densità di spire n aumenta (numero N di spire tra la lunghezza d del solenoide).

L'altro fattore che influenza il valore del campo magnetico prodotto da un solenoide è la permeabilità magnetica μ del materiale che si trova al suo interno. Infine, l'ampiezza di detto campo è:

B = μ. i. n = μ. in un)

Come affermato nella sezione precedente, l'intensità del campo magnetico H è:

H = i. (N / d)

Questo campo di grandezza H, che dipende solo dalla corrente circolante e dalla densità di spire del solenoide, "permea" il materiale di permeabilità magnetica μ, facendolo magnetizzare.

Quindi viene prodotto un campo totale di magnitudine B, che dipende dal materiale che si trova all'interno del solenoide.

Solenoide nel vuoto

Allo stesso modo, se il materiale all'interno del solenoide è un vuoto, allora il campo H “permea” il vuoto producendo un campo risultante B. Il quoziente tra il campo B nel vuoto e l'H prodotto dal solenoide definisce la permeabilità del vuoto. , il cui valore è:

μ o = 4π x 10 ^-7 (T⋅m) / A

Si scopre che il valore precedente era una definizione esatta fino al 20 maggio 2019. Da quella data è stata effettuata una revisione del Sistema Internazionale, che porta a μ o ad essere misurata sperimentalmente.

Tuttavia, le misurazioni effettuate finora indicano che questo valore è estremamente accurato.

Tabella di permeabilità magnetica

I materiali hanno una permeabilità magnetica caratteristica. Ora è possibile trovare la permeabilità magnetica con altre unità. Ad esempio, prendiamo l'unità di induttanza, che è Henry (H):

1H = 1 (T * m ² ) / A.

Confrontando questa unità con quella che è stata data all'inizio, si vede che c'è una somiglianza, sebbene la differenza sia il metro quadrato che Henry possiede. Per questo motivo, la permeabilità magnetica è considerata un'induttanza per unità di lunghezza:

= H / m.

La permeabilità magnetica μ è strettamente correlata a un'altra proprietà fisica dei materiali, chiamata suscettibilità magnetica χ, che è definita come:

μ = μ o (1 + χ)

Nella precedente espressione μ o, è la permeabilità magnetica del vuoto.

La suscettibilità χ magnetico è la proporzionalità tra il campo esterno H e la magnetizzazione del materiale M .

Permeabilità relativa

È molto comune esprimere la permeabilità magnetica in relazione alla permeabilità del vuoto. Si chiama permeabilità relativa e non è altro che il quoziente tra la permeabilità del materiale e quella del vuoto.

Secondo questa definizione, la permeabilità relativa è senza unità. Ma è un concetto utile per classificare i materiali.

Ad esempio, i materiali sono ferromagnetici fintanto che la loro permeabilità relativa è molto maggiore dell'unità.

Allo stesso modo, le sostanze paramagnetiche hanno una permeabilità relativa appena superiore a 1.

Infine, i materiali diamagnetici hanno permeabilità relative appena al di sotto dell'unità. Il motivo è che si magnetizzano in modo tale da produrre un campo che si oppone al campo magnetico esterno.

Vale la pena ricordare che i materiali ferromagnetici presentano un fenomeno noto come "isteresi", in cui mantengono memoria dei campi precedentemente applicati. In virtù di questa caratteristica possono formare un magnete permanente.

Figura 2. Memorie magnetiche in ferrite. Fonte: Wikimedia Commons

A causa della memoria magnetica dei materiali ferromagnetici, le memorie dei primi computer digitali erano piccoli toroidi di ferrite attraversati da conduttori. Lì hanno salvato, estratto o cancellato il contenuto (1 o 0) della memoria.

Materiali e loro permeabilità

Ecco alcuni materiali, con la loro permeabilità magnetica in H / me la loro permeabilità relativa tra parentesi:

Ferro: 6,3 x ^10-3 (5000)

Ferro cobalto : 2,3 x ^10-2 (18000)

Ferro nichel: 1,25 x ^10-1 (100000)

Zinco-manganese: 2,5 x ^10-2 (20000)

Acciaio al carbonio: 1,26 x ^10-4 (100)

Magnete al neodimio: 1,32 x ^10-5 (1,05)

Platino: 1.26 x 10 ^-6 1,0003

Alluminio: 1.26 x 10 ^-6 1.00002

Aria 1.256 x 10 ^-6 (1,0000,004 mila)

Teflon 1.256 x 10 ^-6 (1,00,001 mila)

Legno secco 1.256 x 10 ^-6 (1,0000,003 mila)

Rame 1,27 x10 ^-6 (0,999)

L'acqua pura 1.26 x 10 ^-6 (0,999,992 mila)

Superconduttore: 0 (0)

Analisi della tabella

Guardando i valori in questa tabella, si può vedere che esiste un primo gruppo con permeabilità magnetica relativa a quello del vuoto con valori elevati. Si tratta di materiali ferromagnetici, molto adatti per la fabbricazione di elettromagneti per la produzione di grandi campi magnetici.

Figura 3. Curve B vs. H per materiali ferromagnetici, paramagnetici e diamagnetici. Fonte: Wikimedia Commons.

Poi abbiamo un secondo gruppo di materiali, con permeabilità magnetica relativa appena superiore a 1. Questi sono i materiali paramagnetici.

Quindi puoi vedere materiali con permeabilità magnetica relativa appena al di sotto dell'unità. Questi sono materiali diamagnetici come acqua pura e rame.

Finalmente abbiamo un superconduttore. I superconduttori hanno permeabilità magnetica nulla perché esclude completamente il campo magnetico al loro interno. I superconduttori sono inutili da utilizzare nel nucleo di un elettromagnete.

Tuttavia, gli elettromagneti superconduttori sono spesso costruiti, ma il superconduttore viene utilizzato nell'avvolgimento per stabilire correnti elettriche molto elevate che producono campi magnetici elevati.

Riferimenti

1. Dialnet. Semplici esperimenti per trovare la permeabilità magnetica. Recupero da: dialnet.unirioja.es
2. Figueroa, D. (2005). Serie: Fisica per la scienza e l'ingegneria. Volume 6. Elettromagnetismo. A cura di Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, D. 2006. Fisica: principi con applicazioni. 6 ° Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, L. 2007. Fisica: uno sguardo al mondo. 6a edizione ridotta. Cengage Learning. 233.
5. Youtube. Magnetismo 5 - Permeabilità. Estratto da: youtube.com
6. Wikipedia. Campo magnetico. Estratto da: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Permeabilità (Elettromagnetismo). Estratto da: en.wikipedia.com