투자율 이 외부 자계에 의해 투과 할 때, 그 자신의 자장을 생성하는 물질의 특성의 물리량이다.
두 필드 (외부 및 자체)가 중첩되어 결과 필드를 제공합니다. A는 재료와 무관하게 외부 필드를 자기장 강도 H 라고하며 , 외부 필드와 재료를 중첩하면 자기 유도 B 에서 유도 됩니다.
그림 1. μ 자기 투자율 재료 코어가있는 솔레노이드. 출처 : Wikimedia Commons.
균질 및 등방성 재료의 경우 H 및 B 필드 는 비례합니다. 그리고 비례 상수 (스칼라 및 양수)는 그리스 문자 μ로 표시되는 자기 투자율입니다.
B = μH
SI 국제 시스템에서 자기 유도 B 는 테슬라 (T)로 측정되고, 자기장 강도 H 는 미터에 대한 암페어 (A / m)로 측정됩니다.
μ는 방정식에서 차원 균질성을 보장해야하므로 SI 시스템에서 μ 단위는 다음과 같습니다.
= (Tesla ⋅ meter) / 암페어 = (T ⋅ m) / A
진공 자기 투자율
절대 값이 B와 H로 표시되는 자기장이 코일 또는 솔레노이드에서 어떻게 생성되는지 살펴 보겠습니다. 여기에서 진공의 투자율 개념을 소개합니다.
솔레노이드는 나선형으로 감긴 도체로 구성됩니다. 나선형의 각 회전을 회전이라고합니다. 전류가 솔레노이드 i를 통과하면 자기장 B 를 생성하는 전자석이 있습니다.
더욱이, 자기 유도 B 의 값은 전류 i가 증가함에 따라 더 커진다. 또한 턴 밀도 n이 증가 할 때 (솔레노이드 길이 d 사이의 턴 수 N).
솔레노이드에 의해 생성되는 자기장의 값에 영향을 미치는 다른 요소는 그 내부에있는 재료의 투자율 μ입니다. 마지막으로, 상기 필드의 크기는 다음과 같습니다.
B = μ. 나는 .n = μ. 안에)
이전 섹션에서 언급했듯이 자기장 강도 H는 다음과 같습니다.
H = i. (N / d)
순환 전류와 솔레노이드의 회전 밀도에만 의존하는이 크기 H의 필드는 자기 투자율 μ의 재료를 "투과"하여 자화됩니다.
그런 다음 솔레노이드 내부에있는 재료에 따라 크기 B의 전체 필드가 생성됩니다.
진공 상태의 솔레노이드
유사하게 솔레노이드 내부의 재료가 진공이면 H 필드가 진공을 "투과"하여 결과 필드 B를 생성합니다. 진공에서 B 필드와 솔레노이드에 의해 생성 된 H 사이의 몫은 진공의 투과성을 정의합니다. , 값은 다음과 같습니다.
μ o = 4π x 10 -7 (T⋅m) / A
이전 값은 2019 년 5 월 20 일까지 정확한 정의였습니다. 그 날부터 국제 시스템이 개정되어 μ가되거나 실험적으로 측정되었습니다.
그러나 지금까지 측정 한 결과이 값이 매우 정확하다는 것을 알 수 있습니다.
투자 율표
재료는 특징적인 투자율을 가지고 있습니다. 이제 다른 단위로 투자율을 찾을 수 있습니다. 예를 들어 인덕턴스 단위 인 Henry (H)를 살펴 보겠습니다.
1H = 1 (T * m 2 ) / A.
이 단위를 처음에 주어진 단위와 비교해 보면 차이는 헨리가 소유 한 평방 미터이지만 유사성이 있음을 알 수있다. 이러한 이유로 자기 투자율은 단위 길이 당 인덕턴스로 간주됩니다.
= H / m.
자기 투자율 μ는 다음과 같이 정의되는 자기 감수성 χ라고하는 재료의 다른 물리적 특성과 밀접한 관련이 있습니다.
μ = μ 또는 (1 + χ)
이전 식에서 μ o는 진공의 투자율입니다.
자화율 χ는 외부 필드 H 와 재료 M 의 자화 사이의 비례 입니다.
상대 투자율
진공의 투자율과 관련하여 투자율을 표현하는 것은 매우 일반적입니다. 그것은 상대 투자율로 알려져 있으며 재료의 투자율과 진공의 투자율 사이의 몫에 지나지 않습니다.
이 정의에 따르면 상대 투자율은 단위가 없습니다. 그러나 재료를 분류하는 데 유용한 개념입니다.
예를 들어, 재료는 상대적 투자율이 단일성보다 훨씬 큰 한 강자성입니다.
같은 방식으로 상자성 물질은 1 바로 위의 상대 투과성을 갖습니다.
마지막으로 반자성 물질은 단일성 바로 아래의 상대 투자율을 갖습니다. 그 이유는 외부 자기장과 반대되는 자기장을 생성하는 방식으로 자화되기 때문입니다.
강자성 물질은 이전에 적용된 자기장의 기억을 유지하는 "히스테리시스"현상을 나타냅니다. 이 특성으로 인해 영구 자석을 형성 할 수 있습니다.
그림 2. 페라이트 자기 메모리. 출처 : Wikimedia Commons
강자성 물질의 자기 기억으로 인해 초기 디지털 컴퓨터의 기억은 전도체가 가로 지르는 작은 페라이트 토 로이드였습니다. 거기에서 그들은 메모리의 내용 (1 또는 0)을 저장, 추출 또는 삭제했습니다.
재료 및 투과성
다음은 자기 투자율이 H / m이고 상대 투자율이 괄호 안에있는 몇 가지 재료입니다.
철 : 6.3 x 10 -3 (5000)
코발트 철 : 2.3 x 10 -2 (18000)
니켈-철 : 1.25 x 10-1 (100000)
망간-아연 : 2.5 x 10 -2 (20000)
탄소강 : 1.26 x 10 -4 (100)
네오디뮴 자석 : 1.32 x 10 -5 (1.05)
플래티넘 : 1.26 x 10 -6 1.0003
알루미늄 : 1.26 x 10 -6 1.00002
공기 1.256 x 10 -6 (1.0000004)
테프론 1.256 x 10 -6 (1.00001)
마른 나무 1.256 x 10 -6 (1.0000003)
구리 1.27 x10 -6 (0.999)
순수한 물 1.26 x 10 -6 (0.999992)
초전도체 : 0 (0)
테이블 분석
이 표의 값을 보면 높은 값을 가진 진공에 비해 투자율이 높은 첫 번째 그룹이 있음을 알 수 있습니다. 이들은 큰 자기장 생산을위한 전자석 제조에 매우 적합한 강자성 재료입니다.
그림 3. 곡선 B 대 강자성, 상자성 및 반자성 재료의 경우 H. 출처 : Wikimedia Commons.
그리고 우리는 상대 자기 투자율이 1보다 약간 높은 두 번째 물질 그룹을 가지고 있습니다. 이것들은 상자성 물질입니다.
그러면 상대 자기 투자율이 단일성 바로 아래에있는 재료를 볼 수 있습니다. 이들은 순수한 물과 구리와 같은 반자성 물질입니다.
마지막으로 초전도체가 있습니다. 초전도체는 내부의 자기장을 완전히 배제하기 때문에 투자율이 0입니다. 초전도체는 전자석의 핵심에 사용하기에는 쓸모가 없습니다.
그러나 초전도 전자석은 종종 만들어 지지만 초전도체는 권선에 사용되어 높은 자기장을 생성하는 매우 높은 전류를 생성합니다.
참고 문헌
- Dialnet. 투자율을 찾기위한 간단한 실험. 복구 위치 : dialnet.unirioja.es
- Figueroa, D. (2005). 시리즈 : 과학 및 공학 물리학. 볼륨 6. 전자기학. Douglas Figueroa (USB) 편집. 215-221.
- Giancoli, D. 2006. Physics : Principles with Applications. 6th Ed Prentice Hall. 560-562.
- Kirkpatrick, L. 2007. Physics : A Look at the World. 6 차 요약 판. Cengage 학습. 233.
- 유튜브. 자기 5-투자율. 출처 : youtube.com
- Wikipedia. 자기장. 출처 : es.wikipedia.com
- Wikipedia. 투과성 (전자기). 출처 : en.wikipedia.com