Läbilaskvus
Mis on magnetiline permeaablus?
Magnetilise permeaabluse (ladina keeles permeare = „läbi laskma“) all mõistetakse aine läbilaskvust magnetilise vootiheduse suhtes. Suure permeaablusega ained magnetiseeruvad ise ja suurendavad seeläbi vootihedust. Nende magnetiline takistus on väga väike. Nende hulka kuuluvad eeskätt ferromagnetilised ained, näiteks raud. Permeaablus seob magnetilise vootiheduse ja magnetvälja omavahel.Sisukord
Alused
Permeaabluse (ladina keeles permeare = läbi laskma) all mõistetakse üldiselt aine läbilaskvust. Vastavalt tähistab magnetiline permeaablus μ aine läbilaskvust magnetvoolu jaoks.Magnetvälja H suurust saab väljendada magnetilise vootiheduse B ja magnetilise permeaabluse μ abil.
Üldiselt kehtib:
\(H=\frac{1}{\mu}B\).
Seejuures skaleeritakse magnetiline permeaablus loodusseadusliku konstandiga, nn magnetväljakonstant \(\mu_0=4\pi\cdot10^{-7}Vs/Am\). Iga materjali jaoks saab magnetilise permeaabluse defineerida suhtelise magnetilise permeaabluse (nimetatakse ka permeaablusarvuks) μr ja magnetväljakonstandi μ0 abil: μ=μr•μ0.
Vaakumi korral kehtib definitsiooni järgi μr = 1 ja seega:
\(H_0=\frac{1}{\mu_0}B_0\).
Magnetvoolutihedust vaakumis (B0) saab jagada magnetväljakonstandiga μ0, et saada vastav magnetväli vaakumis (H0). Seega vastab vaakumis magnetvoolutihedusele B0 = 1 tesla ( 1 Vs/m²) magnetväli \(H_0=\frac{10^7}{4\pi} A/m\).
Aine mõjutab magnetvälju nii, et välise magnetvälja toimel kujuneb aines välja magnetvoolutihedus, mis sõltub materjali magnetilisest permeaablusest μ. Magnetvoolutihedus aines on seda suurem, mida suurem on magnetiline permeaablus μ.
Permeaablusarvu μr saab seose B=μr•B0 kaudu defineerida vaakumi vootiheduse B0 abil. Siin vastab B magnetvoolutihedusele, mis kujuneb välja aine mõju tõttu.
Määratluse B=μr•B0 järgi tugevdab aine magnetvälju, kui μr on suurem kui 1, ja nõrgendab magnetvälju, kui μr on väiksem kui 1. Mõlemad juhud on tuntud.
Permeabiilsus ferromagnetsetes ainetes
Ferromagneetilised ained sisaldavad mikroskoopilisi elektronispine, mis joondatakse välises magnetväljas. Seetõttu tekib välisruumis täiendav magnetväli, mille põhjustavad elektronispinide joondatud magnetmomendid. See magnetväli võib olla paljud suurusjärgud tugevam kui väline magnetväli, mis elektronispinid joondas.Kui elektronispinid on kord joondatud, stabiliseerib ferromagnetites joondust niinimetatud vahetusvahetoime. μr muutub seetõttu väga suureks ja ulatub spetsiaalsetes ferromagnetilistes materjalides (nn amorfsed metallid) kuni μr = 150 000. Raua permeabiilsus on umbes μr = 10 000.
Need kirjanduses esitatavad täisarvulised väärtused on rangelt võttes alati suhtelise permeabiilsuse ehk permeabiilsusarvu μr väärtused. Kirjanduses kasutatakse sageli lihtsustatult tähist μ. Tegelikult peetakse silmas μr.
Permeabiilsus paramagnetsetes ainetes
Lisaks on olemas paramagneedid, milles esinevad samuti elektronispinid, mida saab joondada. See joondus ei ole aga paramagnetites stabiliseeritud. Seetõttu on paramagneedid vaid kerged magnetvälja võimendajad. μr on siin suurusjärgus 1,00001.Permeabiilsus diamagnetsetes ainetes
Lõpuks on veel diemagneedid. Need nõrgendavad välist magnetvälja, sest sees ei ole püsivaid resultantseid elektronispine, mida saaks välises magnetväljas joondada. Selle asemel indutseeritakse välise magnetvälja sissetungimisel vool, mis on vastavalt Lenzi reeglile oma põhjusele vastassuunaline ja nõrgendab seega välist magnetvälja. Diemagnetism esineb aines üldjuhul alati, kuid para- ja ferromagnetites kattub diemagnetism joondatud elementaarmagnetite mõjuga.Erijuht: ülijuht
Erijuhtumi moodustavad veel ülijuhid. Ülijuhid omavad nimelt permeabiilsusarvu null. Seega kaob ülijuhi sees magnetiline vootihedus. Ülijuhid ei oma seega läbitavust magnetvoole. Väljadjooned tõrjutakse ülijuhist täielikult välja ja kulgevad sellest mööda.Seetõttu nimetatakse ülijuhte ka täiuslikeks diemagneetideks.
Kujutis näitab jõujoonte kulgu läbi para- või ferromagnetilise materjali (μr>1) (vasakul) ja ümber ülijuhi (paremal).
Ülijuhil on läbitavus μr=0.
Magnetvälja jõujooned ei pääse üldse ülijuhi sisse.
Pigem tõrjub ülijuht magnetvälja eemale.
Ferromagnetilisel materjalil on seevastu suurem magnetvoo läbitavus kui vaakumil või õhul.
Seetõttu tihenevad jõujooned materjalis.
Autor:
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt on füüsik ja Martin Lutheri nimelise Halle-Wittenbergi ülikooli füüsika edasijõudnute praktikumi teaduslik juht. Aastatel 2011–2019 töötas ta Tehnikaülikoolis ning juhtis mitmeid õppeprojekte ja keemia projektlaborit. Tema teadustöö keskmes on ajalahutusega fluorestsents-spektroskoopia bioloogiliselt aktiivsetel makromolekulidel. Lisaks on ta Sensoik Technologies GmbH tegevjuht.
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt on füüsik ja Martin Lutheri nimelise Halle-Wittenbergi ülikooli füüsika edasijõudnute praktikumi teaduslik juht. Aastatel 2011–2019 töötas ta Tehnikaülikoolis ning juhtis mitmeid õppeprojekte ja keemia projektlaborit. Tema teadustöö keskmes on ajalahutusega fluorestsents-spektroskoopia bioloogiliselt aktiivsetel makromolekulidel. Lisaks on ta Sensoik Technologies GmbH tegevjuht.
Kogu kompendiumi sisu (tekstid, fotod, illustratsioonid jms) autoriõigus kuulub autorile Franz-Josef Schmittile. Teose ainuõigused kuuluvad Webcraft GmbH-le (kui supermagnete.ee haldajale). Ilma Webcraft GmbH-i selgesõnalise loata ei tohi sisu kopeerida ega muul viisil kasutada.
© 2008–2026 Webcraft GmbH
© 2008–2026 Webcraft GmbH
