- Suhteellinen magneettinen läpäisevyys
- Diamagneettiset ja paramagneettiset materiaalit
- Todella magneettiset materiaalit: ferromagneettisuus
- Viitteet
Suhteellinen permeabiliteetti on kyvyn mitta on merkittävällä tavalla, jonka ylittää virta menettämättä sen ominaisuudet-suhteen muuta materiaalia, joka toimii viitteenä. Se lasketaan tutkittavan materiaalin ja vertailumateriaalin läpäisevyyden suhteena. Siksi kyseessä on määrä, jolla ei ole mittoja.
Yleisesti ottaen läpäisevyydestä ajattelemme nesteiden, yleensä veden, virtausta. Mutta on myös muita elementtejä, jotka pystyvät kulkemaan aineiden läpi, esimerkiksi magneettikentät. Tässä tapauksessa puhutaan magneettisesta läpäisevyydestä ja suhteellisesta magneettisesta läpäisevyydestä.
Nikkelillä on korkea suhteellinen magneettinen läpäisevyys, minkä vuoksi kolikot tarttuvat voimakkaasti magneettiin. Lähde: Pixabay.com.
Materiaalien läpäisevyys on erittäin mielenkiintoinen ominaisuus riippumatta niiden läpi kulkevasta virtaustyypistä. Sen ansiosta on mahdollista ennakoida, kuinka nämä materiaalit käyttäytyvät hyvin vaihtelevissa olosuhteissa.
Esimerkiksi maaperän läpäisevyys on erittäin tärkeä rakennettaessa rakenteita, kuten viemärejä, jalkakäytäviä ja muuta. Jopa viljelykasvien osalta maaperän läpäisevyys on tärkeä.
Solumembraanien läpäisevyys sallii solun olla selektiivinen koko elämän ajan antamalla tarvittavat aineet, kuten ravinteet, läpi ja hylkäämällä muut, jotka saattavat olla haitallisia.
Suhteellisen magneettisen permeabiliteetin suhteen se antaa meille tietoja materiaalien vasteesta magneettikenttiin, jonka aiheuttavat magneetit tai jännitteet. Tällaisia elementtejä on runsaasti meitä ympäröivässä tekniikassa, joten on syytä tutkia, mitä vaikutuksia heillä on materiaaleihin.
Suhteellinen magneettinen läpäisevyys
Erittäin mielenkiintoinen sähkömagneettisten aaltojen sovellus on helpottaa öljyn etsintää. Se perustuu tietoon, kuinka paljon aalto kykenee tunkeutumaan pohjaan ennen kuin se vaimentaa sitä.
Tämä antaa hyvän kuvan tietyssä paikassa olevien kivien tyypistä, koska jokaisella kallioilla on erilainen suhteellinen magneettinen läpäisevyys sen koostumuksesta riippuen.
Kuten alussa sanottiin, aina kun puhumme suhteellisesta läpäisevyydestä, termi "suhteellinen" vaatii verraamaan tietyn materiaalin kyseessä olevaa suuruutta sellaisen materiaalin suuruuteen, joka toimii referenssinä.
Tätä voidaan soveltaa aina riippumatta siitä, onko se nesteen tai magneettikentän läpäisevyys.
Tyhjiöllä on läpäisevyys, koska sähkömagneettisilla aaltoilla ei ole mitään ongelmia sinne matkustamiseen. On hyvä idea ottaa tämä viitearvoksi minkä tahansa materiaalin suhteellisen magneettisen läpäisevyyden löytämiseksi.
Tyhjiön läpäisevyys on vain Biot-Savart-lain tunnettu vakio, jota käytetään laskemaan magneettinen induktiovektori. Sen arvo on:
Tämä suuruus kuvaa kuinka väliaineen magneettista vastetta verrataan tyhjössä olevaan vasteeseen.
Nyt suhteellinen magneettinen permeabiliteetti voi olla yhtä kuin 1, pienempi kuin 1 tai suurempi kuin 1. Se riippuu kyseisestä materiaalista ja myös lämpötilasta.
- Tietenkin, jos μ r = 1 väliaine on tyhjiö.
- Jos se on vähemmän kuin 1, se on diamagneettinen materiaali
- Jos se on suurempi kuin 1, mutta ei paljon, materiaali on paramagneettinen
- Ja jos se on paljon suurempi kuin 1, materiaali on ferromagneettista.
Lämpötilalla on tärkeä rooli materiaalin magneettisessa läpäisevyydessä. Itse asiassa tämä arvo ei ole aina vakio. Kun materiaalin lämpötila nousee, se muuttuu sisäisesti epäjärjestykseksi, joten sen magneettinen vaste heikkenee.
Diamagneettiset ja paramagneettiset materiaalit
Diamagneettiset materiaalit reagoivat negatiivisesti magneettikenttiin ja hylkivät ne. Michael Faraday (1791-1867) löysi tämän ominaisuuden vuonna 1846, kun hän huomasi, että jokin magneettinapoista torjui pala vismutin.
Jotenkin magneetin magneettikenttä indusoi kentän vastakkaiseen suuntaan vismutin sisällä. Tämä ominaisuus ei kuitenkaan ole yksinomainen tälle elementille. Kaikilla materiaaleilla on sitä jossain määrin.
On mahdollista osoittaa, että verkon magnetoituminen diamagneettisessa materiaalissa riippuu elektronin ominaisuuksista. Ja elektron on osa minkä tahansa materiaalin atomeja, joten kaikilla niistä voi olla diamagneettinen vaste jossain vaiheessa.
Vesi, jalokaasut, kulta, kupari ja monet muut ovat diamagneettisia materiaaleja.
Paramagneettisilla materiaaleilla on sitä vastoin omat magnetointinsa. Siksi he voivat reagoida positiivisesti esimerkiksi magneetin magneettikentään. Niiden magneettinen läpäisevyys on samanlainen kuin arvo μ tai.
Magneetin lähellä ne voivat myös tulla magnetoituneiksi ja tulla itsestään magneeteiksi, mutta tämä vaikutus häviää, kun todellinen magneetti poistetaan läheisyydestä. Alumiini ja magnesium ovat esimerkkejä paramagneettisista materiaaleista.
Todella magneettiset materiaalit: ferromagneettisuus
Paramagneettiset aineet ovat luonteeltaan runsaimpia. Mutta on materiaaleja, jotka houkuttelevat helposti pysyviä magneetteja.
He kykenevät saamaan magnetoinnin yksinään. Näitä ovat rauta, nikkeli, koboltti ja harvinaiset maametallit, kuten gadoliini ja dysprosium. Lisäksi eräitä seoksia ja yhdisteitä näiden ja muiden mineraalien välillä tunnetaan ferromagneettisina materiaaleina.
Tämäntyyppisillä materiaaleilla on erittäin voimakas magneettinen vaste ulkoiselle magneettikentälle, kuten esimerkiksi magneetti. Siksi nikkelikolikot tarttuvat tankkimagneeteihin. Ja puolestaan baarimagneetit tarttuvat jääkaappeihin.
Ferromagneettisten materiaalien suhteellinen magneettinen permeabiliteetti on paljon suurempi kuin 1. Niiden sisällä on pieniä magneetteja, joita kutsutaan magneettiseksi dipooliksi. Kun nämä magneettiset dipolit kohdistuvat, ne tehostavat ferromagneettisten materiaalien magneettista vaikutusta.
Kun nämä magneettiset dipolit ovat ulkoisen kentän läsnäollessa, ne kohdistuvat nopeasti sen kanssa ja materiaali tarttuu magneettiin. Vaikka ulkoinen kenttä on vaimennettu, siirtämällä magneettia poispäin, pysyvä magnetoituminen pysyy materiaalin sisällä.
Korkeat lämpötilat aiheuttavat sisäisiä häiriöitä kaikissa aineissa, mikä tuottaa niin kutsuttua "lämmön sekoitusta". Kuumuuden myötä magneettiset dipolit menettävät kohdistuksensa ja magneettinen vaikutus häviää.
Curien lämpötila on lämpötila, jossa magneettinen vaikutus katoaa kokonaan materiaalista. Tässä kriittisessä arvossa ferromagneettisista aineista tulee paramagneettisia.
Tietojen tallennuslaitteet, kuten magneettinauhat ja magneettiset muistit, käyttävät ferromagneettisuutta. Myös näillä materiaaleilla valmistetaan korkeaintensiivisiä magneetteja monin tavoin tutkimuksessa.
Viitteet
- Tipler, P., Mosca G. (2003). Fysiikka tiedettä ja tekniikkaa varten, osa 2. Toimituksellinen käännös. Sivut 810-821.
- Zapata, F. (2003). Guafita-kenttään (Apure State) kuuluvaan Guafita 8x -öljykaivoon liittyvien mineraloogien tutkimus Mossbauerin magneettisen herkkyyden ja spektroskopian mittauksilla. Opinnäytetyö. Venezuelan keskusyliopisto.