PERMEABILITAT MAGNÈTICA: CONSTANT I TAULA - FÍSICA - 2025

La permeabilitat magnètica és la quantitat física de la propietat de la matèria de generar un camp magnètic propi, quan és permeat per un altre camp magnètic exterior.

Tots dos camps: l'extern i el propi, se superposen donant un camp resultant. A el camp exterior, independent de l'material, se li denomina intensitat de camp magnètic H, mentre que la superposició de el camp exterior més l'induït en el material és la inducció magnètica B.

Figura 1. sol amb un nucli material de permeabilitat magnètica μ. Font: Wikimedia Commons.

Quan es tracta de materials homogenis i isòtrops, els camps H i B són proporcionals. I la constant de proporcionalitat (escalar i positiva) és la permeabilitat magnètica, denota per la lletra grega μ:

B = μ H

En el Sistema Internacional SI la inducció magnètica B es mesura en Tesla (T), mentre la intensitat de camp magnètic H es mesura en Ampere sobre metre (A / m).

Atès que μ ha de garantir l'homogeneïtat dimensional en l'equació, la unitat de μ en el sistema SI és:

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

Permeabilitat magnètica de l'buit

Vegem com es produeixen els camps magnètics, els valors absoluts li denotem per B i H, en una bobina o solenoide. A partir d'allí s'introduirà el concepte de permeabilitat magnètica de l'buit.

El solenoide consisteix en un conductor enrotllat en forma espiral. A cada volta d'espiral se l'anomena espira. Si es fa passar corrent i pel solenoide, llavors es té un electroimant que produeix un camp magnètic B.

A més, el valor de la inducció magnètica B és més gran, en la mesura que el corrent i és augmenti. I també quan augmenti la densitat d'espires n (nombre N d'espires entre la longitud d de solenoide).

L'altre factor que afecta el valor de camp magnètic produït per un solenoide és la permeabilitat magnètica μ de el material que estigui al seu interior. Finalment, la magnitud d'aquest camp és:

B = μ. i.n = μ. i. (N / d)

Segons el que s'ha dit en l'apartat anterior, la intensitat de camp magnètic H és:

H = I. (N / d)

Aquest camp de magnitud H, que només depèn del corrent circulant i la densitat d'espires de solenoide, "permea" a l'material de permeabilitat magnètica μ, fent que el mateix es magnetice.

Llavors es produeix un camp total de magnitud B, que sí que depèn de el material que es trobi a l'interior de l'solenoide.

Sol en el buit

De la mateixa manera, si el material dins el solenoide és el buit, llavors el camp H "permea" el buit produint un camp resultant B. El quocient entre el camp B en el buit i l'H produït pel solenoide defineix la permeabilitat de l'buit, el valor és:

μ o = 4π x 10 ^-7 (T⋅m) / A

Resulta que el valor anterior va ser una definició exacta fins al 20 de maig de 2019. A partir d'aquesta data, es va fer una revisió de el Sistema Internacional, que comporta al fet que μ o sigui mesurat experimentalment.

No obstant això, les mesures fetes fins al moment indiquen que aquest valor és extremadament precís.

Taula de permeabilitat magnètica

Els materials tenen una permeabilitat magnètica característica. Ara bé, és possible trobar la permeabilitat magnètica amb altres unitats. Per exemple prenguem la unitat de la inductància, que és el henry (H):

1H = 1 (T ⋅ m ²) / A.

Comparant aquesta unitat amb la qual es va donar a l'començament, es veu que hi ha una semblança, encara que la diferència és el metre quadrat que posseeix el henry. Per aquest motiu, es considera a la permeabilitat magnètica com una inductància per unitat de longitud:

= H / m.

La permeabilitat magnètica μ està estretament relacionada amb una altra propietat física dels materials, anomenada la susceptibilitat magnètica χ, la qual es defineix com:

μ = μ o (1 + χ)

En l'expressió anterior μ o, és la permeabilitat magnètica de l'buit.

La susceptibilitat magnètica χ és la proporcionalitat entre el camp extern H i la magnetització de l'material M.

permeabilitat relativa

És molt freqüent expressar la permeabilitat magnètica en relació amb la permeabilitat de l'buit. Es coneix com a permeabilitat relativa i no és més que el quocient entre la permeabilitat de l'material respecte a la de l'buit.

D'acord a aquesta definició, la permeabilitat relativa no té unitats. Però es tracta d'un concepte útil per classificar els materials.

Per exemple, els materials són ferromagnètics, sempre que la seva permeabilitat relativa sigui molt més gran que la unitat.

De la mateixa manera, les substàncies paramagnètiques tenen permeabilitat relativa tot just per sobre d'1.

I finalment els materials diamagnètics tenen permeabilitats relatives tot just per sota de la unitat. La raó és que es magnetitzen de tal manera que produeixen un camp que s'oposa a el camp magnètic exterior.

Cal esmentar que els materials ferromagnètics presenten un fenomen conegut com "histèresi", en els quals guarden memòria dels camps aplicats prèviament. En virtut d'aquesta característica poden formar un imant permanent.

Figura 2. Memòries magnètiques de ferrita. Font: Wikimedia Commons

A causa de la memòria magnètica dels materials ferromagnètics, les memòries de les primigènies computadores digitals eren petits toroides de ferrita travessades per conductors. Allà guardaven, extreien o esborraven el contingut (1 o 0) de la memòria.

Els materials i la seva permeabilitat

A continuació alguns materials, amb la seva permeabilitat magnètica en H / mi entre parèntesis la seva permeabilitat relativa:

Ferro: 6.3 x 10 ^-3 (5000)

Cobalt-ferro: 2.3 x 10 ^-2 (18000)

Níquel-ferro: 1.25 x 10 ^-1 (100000)

Manganès-zinc: 2.5 x 10 ^-2 (20000)

Acer a l'carbó: 1.26 x 10 ^-4 (100)

Imant de neodimi: 1.32 x 10 ^-5 (1.05)

Platí: 1.26 x 10 ^-6 1.0003

Alumini: 1.26 x 10 ^-6 1.00002

Aire 1.256 x 10 ^-6 (1.0000004)

Tefló 1.256 x 10 ^-6 (1.00001)

Fusta seca 1.256 x 10 ^-6 (1.0000003)

Coure 1.27 x10 ^-6 (0.999)

Aigua pura 1.26 x 10 ^-6 (0,999992)

Superconductor: 0 (0)

Anàlisi de la taula

Observant els valors d'aquesta taula, es pot veure que hi ha un primer grup amb permeabilitat magnètica relativa a la de l'buit amb valors alts. Aquests són els materials ferromagnètics, molt adequats per a la fabricació de electroimants per a la producció de camps magnètics grans.

Figura 3. Corbes B vs. H per materials ferromagnètics, paramagnètics i diamagnètics. Font: Wikimedia Commons.

Després tenim un segon grup de materials, amb permeabilitat magnètica relativa tot just per sobre de 1. Aquests són els materials paramagnètics.

Després es poden veure materials amb permeabilitat magnètica relativa tot just per sota de la unitat. Es tracta de materials diamagnètics com l'aigua pura i el coure.

Finalment tenim un superconductor. Els superconductors tenen permeabilitat magnètica nul·la perquè exclou completament el camp magnètic al seu interior. Els superconductors no serveixen per a ser usats en el nucli d'un electroimant.

No obstant això, se solen construir electroimants superconductors, però el superconductor s'usa en el embobinado per establir corrents elèctrics molt elevades que produeixen camps magnètics elevats.

referències

1. Dialnet. Experiments senzills per trobar la permeabilitat magnètica. Recuperat de: dialnet.unirioja.es
2. Figueroa, D. (2005). Sèrie: Física per a Ciències i Enginyeria. Volum 6. Electromagnetisme. Editat per Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6th.Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, L. 2007. Física: Una mirada a l'món. 6ta Edició abreujada. Cengage Learning. 233.
5. Youtube. Magnetisme 5 - Permeabilitat. Recuperat de: youtube.com
6. Wikipedia. Camp magnètic. Recuperat de: es.wikipedia.com
7. Wikipedia. Permeability (electromagnetisme). Recuperat de: en.wikipedia.com