磁导率
在电磁学中,磁导率是一种材料对一个外加磁场线性反应的磁化程度。磁导率通常用希腊字母μ来表示。该形式由奥利弗·赫维赛德于1885年9月创造使用。
磁路 |
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相量磁路 |
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相关概念 |
物理学主题 |
在国际单位制单位中,磁导率的单位是亨利每米(H m-1),或牛顿每安培的平方(N A-2)。常数值 为磁场常数或真空磁导率,并有明确定义[1] 值 = 4π×10−7 N·A−2。
解释
电磁学中,辅助磁场(auxiliary magnetic field)H描绘了一个磁感应强度B在一个特定的媒介下,怎样影响磁偶极子团,包括偶极子的迁移和磁偶极子的重新定向。和磁导率的关系为:
磁导率 μ 在各向同性介质中为一个标量,在各向异性的介质中为张量。
通常,磁导率不是一个常数,它可随在媒质中的位置,施加场的频率,湿度,温度,和其他一些参数而变化。在一个非线性介质中,磁导率取决于磁场的强度。磁导率作为频率的函数可以呈现实值也可以是複值。在铁磁性材料中,B和H的关系表现为非线性和迟滞性: B不是一个H的单值函数[2],但也同时取决于该材料的过去。对于这些材料有时考虑它的增加磁导率
磁导率是每单位长度上的电感。在国际单位制中,导磁率单位是亨利每米(H m-1 = J/(A2·m) = N A-2)。辅助磁场H为每单位长度下的电流并且以安培每米(A m-1)的单位被测量。μH的乘积,因此是电感乘电流每单位面积(H·A/m2)。但是电感是每单位电流下的磁通量,所以该乘积也是每单位面积的磁通量。只有磁感应强度B,是以韦伯(电压-秒)每平方-米 (V·s/m2)为单位,或特斯拉(T)。
B与一个移动电荷q的洛伦兹力有关:
- 。
电荷q单位是库仑(C),速率v是m/s,所以该力F以牛顿计算(N):
H与磁偶极子的密度有关。一个磁偶极子是一个闭合的电流循环。其偶矩是电流乘以面积,单位为安培米平方(A·m2),并且其值等于线圈上的电流乘以圈数。[3] H与其相距的偶极子,H大小与偶极矩除以该距离的立方成比例关系[4],物理意义为每单位长度下的电流。
相对磁导率
相对磁导率,有时候被定义为符号μr,是特殊介质的磁导率和真空磁导率μ0的比值:
以相对磁导率的形式,磁化率为:
χm,一个无量纲的量,有时候被称为体积磁化率,以区别于χp (质量磁化率)和χM(摩尔或摩尔质量磁化率)。
複磁导率
複磁导率是处理高频磁效应的一个有用的工具
一些常见材料的参数
介质 | 磁化系数(χm) | 磁导率(μ) | 磁场 | 最大频率 |
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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 | |
电炉钢 | 4000[5] | 5000 × 10-6 H/m | 在0.002 T | |
铁氧体(镍锌) | 20-800 × 10-6 H/m | 100kHz ~ 1 MHz | ||
铁氧体(锰锌) | >800 × 10-6 H/m | 100kHz ~ 1 MHz | ||
钢 | 700[5] | 875 × 10-6 H/m | 在0.002 T | |
镍 | 100[5] | 125 × 10-6 H/m | 在0.002 T | |
铂 | 2.65 × 10−4 | 1.2569701 x10-6 H/m | ||
铝 | 2.22 × 10−5[6] | 1.2566650 × 10-6 H/m | ||
氢 | 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) | ||
蓝宝石 | −2.1 × 10−7 | 1.2566368 × 10-6 H/m | ||
铜 | −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 | ||
一个好的磁芯必须有高的磁导率。
磁导率随磁场而变化。以上所列的值为近似值,并且仅在设定条件的磁场下。并且,它们的设定频率为0;实际中,磁导率通常是一个频率的函数。当频率被考虑进去,磁导率可为複数。
注意,磁常数在国际单位制中,有个确定值,因为安培的定义规定了它的值为4π × 10−7 H/m。
超高磁导率材料
磁导率最高的材料是钴基非晶态磁性合金2714A[7],其高频退火磁导率为1,000,000(直流磁导率最大值(µ))。氢退火的(纯铁-N5级)可达到160,000(µ)的磁导率,但相对很昂贵。
参考文献
- . [2009-04-14]. (原始内容存档于2017-04-25).
- Jackson (1975), p. 190
- Jackson, John David. 2nd. New York: Wiley. 1975. ISBN 978-0-471-43132-9. p. 182 eqn. (5.57)
- Jackson (1975) p. 182 eqn. (5.56)
- . [2009-04-14]. (原始内容存档于2012-06-03).
- . [2009-04-14]. (原始内容存档于2012-06-03).
- Metglas Specifications 的存檔,存档日期2009-04-15.
外部链接
- Electromagnetism 页面存档备份,存于 - 在线教课书中的一章节
- Relative Permeability Archived 2012-06-03 at WebCite
- Magnetic Properties of Materials Archived 2012-06-03 at WebCite