磁導率
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在電磁學中,磁導率是一種材料對一個外加磁場線性反應的磁化程度。磁導率通常用希臘字母μ來表示。該形式由奧利弗·赫維賽德於1885年9月創造使用。
在國際單位制單位中,磁導率的單位是亨利每米(H m-1),或牛頓每安培的平方(N A-2)。常數值 為磁場常數或真空磁導率,並有明確定義[1] 值 = 4π×10−7 N·A−2 (≈ 1.2566371×10−6 N·A−2)。
解釋
[編輯]電磁學中,輔助磁場(auxiliary magnetic field)H描繪了一個磁感應強度B在一個特定的媒介下,怎樣影響磁偶極子團,包括偶極子的遷移和磁偶極子的重新定向。和磁導率的關係為:
磁導率 μ 在各向同性介質中為一個純量,在各向異性的介質中為張量。
通常,磁導率不是一個常數,它可隨在媒質中的位置,施加場的頻率,濕度,溫度,和其他一些參數而變化。在一個非線性介質中,磁導率取決於磁場的強度。磁導率作為頻率的函數可以呈現實值也可以是複值。在鐵磁性材料中,B和H的關係表現為非線性和遲滯性: B不是一個H的單值函數[2],但也同時取決於該材料的過去。對於這些材料有時考慮它的增加磁導率
磁導率是每單位長度上的電感。在國際單位制中,導磁率單位是亨利每米(H m-1 = J/(A2·m) = N A-2)。輔助磁場H為每單位長度下的電流並且以安培每米(A m-1)的單位被測量。μH的乘積,因此是電感乘電流每單位面積(H·A/m2)。但是電感是每單位電流下的磁通量,所以該乘積也是每單位面積的磁通量。只有磁感應強度B,是以韋伯(伏特-秒)每平方米 (V·s/m2)為單位,或忒斯拉(T)。
B與一個移動電荷q的勞侖茲力有關:
- 。
電荷q單位是庫侖(C),速率v是m/s,所以該力F以牛頓計算(N):
H與磁偶極子的密度有關。一個磁偶極子是一個閉合的電流循環。其偶矩是電流乘以面積,單位為安培米平方(A·m2),並且其值等於線圈上的電流乘以圈數。[3] H與其相距的偶極子,H大小與偶極矩除以該距離的立方成比例關係[4],物理意義為每單位長度下的電流。
相對磁導率
[編輯]相對磁導率,有時候被定義為符號μr,是特殊介質的磁導率和真空磁導率μ0的比值:
以相對磁導率的形式,磁化率為:
χm,一個無因次的量,有時候被稱為體積磁化率,以區別於χp (質量磁化率)和χM(摩爾或摩爾質量磁化率)。
複磁導率
[編輯]複磁導率是處理高頻磁效應的一個有用的工具
一些常見材料的參數
[編輯]介質 | 磁化係數(χm) | 磁導率(μ) | 磁場 | 最大頻率 |
---|---|---|---|---|
μ合金 | 20,000[5] | 25,000 × 10-6 H/m | 在0.002 T | |
透磁合金 | 8000[5] | 10,000 × 10-6 H/m | 在0.002 T | |
電爐鋼 | 4000[5] | 5000 × 10-6 H/m | 在0.002 T | |
鐵氧體(鎳鋅) | 20-800 × 10-6 H/m | 100kHz ~ 1 MHz | ||
鐵氧體(錳鋅) | >800 × 10-6 H/m | 100kHz ~ 1 MHz | ||
鋼 | 700[5] | 875 × 10-6 H/m | 在0.002 T | |
鎳 | 100[5] | 125 × 10-6 H/m | 在0.002 T | |
鉑 | 2.65 × 10−4 | 1.2569701 x10-6 H/m | ||
鋁 | 2.22 × 10−5[6] | 1.2566650 × 10-6 H/m | ||
氫 | 8 × 10−9 or 2.2 × 10−9[6] |
1.2566371 × 10-6 H/m | ||
真空 | 0 | 1.2566371 × 10-6 H/m(μ0) | ||
藍寶石 | −2.1 × 10−7 | 1.2566368 × 10-6 H/m | ||
銅 | −6.4 × 10−6 or −9.2 × 10−6[6] |
1.2566290 × 10-6 H/m | ||
水 | −8.0 × 10−6 | 1.2566270 × 10-6 H/m |
一個好的磁芯必須有高的磁導率。
磁導率隨磁場而變化。以上所列的值為近似值,並且僅在設定條件的磁場下。並且,它們的設定頻率為0;實際中,磁導率通常是一個頻率的函數。當頻率被考慮進去,磁導率可為複數。
注意,磁常數在國際單位制中,有個確定值,因為安培的定義規定了它的值為4π × 10−7 H/m。
超高磁導率材料
[編輯]磁導率最高的材料是鈷基非晶態磁性合金2714A[7],其高頻退火磁導率為1,000,000(直流磁導率最大值(µ))。氫退火的(純鐵-N5級)可達到160,000(µ)的磁導率,但相對很昂貴。
參見條目
[編輯]參考文獻
[編輯]- ^ The NIST reference on fundamental physical constants. [2009-04-14]. (原始內容存檔於2017-04-25).
- ^ Jackson (1975), p. 190
- ^ Jackson, John David. Classical Electrodynamics 2nd. New York: Wiley. 1975. ISBN 978-0-471-43132-9. p. 182 eqn. (5.57)
- ^ Jackson (1975) p. 182 eqn. (5.56)
- ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 "Relative Permeability", Hyperphysics. [2009-04-14]. (原始內容存檔於2012-06-03).
- ^ 6.0 6.1 6.2 Clarke, R. Magnetic properties of materials, surrey.ac.uk. [2009-04-14]. (原始內容存檔於2012-06-03).
- ^ Metglas Specifications 互聯網檔案館的存檔,存檔日期2009-04-15.
外部連結
[編輯]- Electromagnetism (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) - 在線教課書中的一章節
- Relative Permeability(頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- Magnetic Properties of Materials(頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)