ما اغلب به این فکر می کنیم که چگونه آهنرباها اشیاء فلزی را جذب می کنند. آنها کمتر از شگفتی های زندگی واقعی ، به ویژه ترانسفورماتورها و نحوه قدرت گرفتن دستگاه های ما نیستند. تمام دستگاه هایی که ما استفاده می کنیم یکی از این آهنرباهای آهن ربا است که ما آن را نفوذپذیری مغناطیسی می نامیم. این یک مفهوم ناب است که قلب بسیاری از رشته های بزرگ مانند الکترومغناطیسی ، الکترونیک و علوم مادی است.
اگر فکر می کنید سخنرانی فیزیک خسته کننده را در اینجا دریافت خواهید کرد ، نگران نباشید ، ما به شما نشان خواهیم داد که نفوذپذیری مغناطیسی به روشی ساده و سرگرم کننده است. بنابراین ، چه دانشجویی باشید و چه فقط وقت آزاد را یاد بگیرید ، در اینجا خواهید دید که چگونه دنیای واقعی کار می کند.
به عبارت ساده ، نفوذپذیری مغناطیسی چیست؟
نفوذپذیری مغناطیسی این است که هر ماده به راحتی می تواند به یک آهنربای دیگر تبدیل شود یا مغناطیس شود. نه اینکه یک معلم فیزیک بیش از حد باشد ، بلکه به شما می گوید که چگونه هر چیزی می تواند خطوط مغناطیسی را انجام دهد.
شما باید با هدایت الکتریکی آشنا باشید ، که می گوید برق به راحتی از هر سیم عبور می کند. به همین ترتیب ، نفوذپذیری مغناطیسی نشان می دهد که چگونه می تواند از طریق یک ماده از یک میدان مغناطیسی عبور کند.
بنابراین ، اگر یک ماده را در نزدیکی یک میدان مغناطیسی قرار دهید ، چه اتفاقی خواهد افتاد؟ حدس می زنید؟ فقط در صورتی که یک ماده از آن میدان پشتیبانی کند ، نفوذپذیری بالایی وجود خواهد داشت. اگر مواد تمایلی به ورود به میدان نداشته باشند ، کمتر و کمتر نفوذپذیری خواهد بود.
امیدواریم که شما هم اکنون مفهوم نفوذپذیری مغناطیسی را بدانید. حتی اگر این کار را نکردید ، نگران نباشید. شما می دانید که وقتی شروع به صحبت در مورد فاصله نفوذپذیری مغناطیسی می کنیم.
نمونه هایی از نفوذپذیری مغناطیسی
بنابراین ، بیایید نفوذپذیری مغناطیسی را به زندگی بیاوریم و یاد بگیریم که چگونه کار می کند.
چسبیدن آهن به آهنربا:بیایید بگوییم ، برای یک لحظه ، یک ناخن آهنی در یک دست و یک آهنربا در طرف دیگر وجود دارد. هنگامی که آنها را به آرامی جمع می کنید ، نیرویی از جذابیت را روی دستان خود احساس خواهید کرد که آهنربا ناخن آهنی را به سمت خود جذب می کند. اکنون ، این بدان معنی است که نفوذپذیری مغناطیسی بالایی وجود دارد ، که به میدان های مغناطیسی بالا پاسخ می دهد.
چوب و آهن ربا:چوب چطور؟ آیا تا به حال با چوب چسبیده به آهنربا روبرو شده اید؟ البته نه جنگل ها در مقایسه با فلزات آهن یا فولاد نفوذپذیری مغناطیسی ندارند.
توجه: بهترین نمونه از نفوذپذیری مغناطیسی ترانسفورماتور است. هسته های ترانسفورماتور از فولادهای ویژه با بالاترین نفوذپذیری ساخته شده اند که برای انجام کاربردهای خود در زمینه های مغناطیسی کاملاً کار می کنند.
بنابراین آیا یک آهنربا به چیزی می چسبد یا نه ، مربوط به آهنربا نیست. این در مورد این است که آیا چیزی از میدان های مغناطیسی عبور می کند یا نه.
علم در مورد نفوذپذیری مغناطیسی چه می گوید؟
حال ، بیایید به دیدگاه های علمی برسیم. من به شما قول می دهم که اصلاً کسل کننده نخواهد بود.
وقتی در مورد نفوذپذیری چیزی یا یک ماده صحبت می کنیم ، از معادله ای گرفته می شود که می گوید:μ=H/B
● در اینجا μ (mu) به نفوذپذیری مغناطیسی اشاره دارد.
● B به چگالی شار مغناطیسی اشاره دارد ، که نشان می دهد میدان های مغناطیسی قوی در اطراف مواد وجود دارد.
● H به قدرت میدان مغناطیسی اشاره دارد ، که میدان مغناطیسی است که از قسمت بیرونی استفاده می شود و چقدر قوی است.
تفاوت بین نفوذپذیری مطلق و نفوذپذیری نسبی چیست؟
دو نوع نفوذپذیری وجود دارد.
نفوذپذیری مطلق:این مقدار نفوذپذیری است که ما هنگام استفاده از یک ماده خاص از آن استفاده می کنیم. نماد آن "μ" است.
نفوذپذیری نسبی:اکنون ، در مورد نفوذپذیری نسبی صحبت کنید ، که کمی سخت خواهد شد ، اما نگران نباشید. نفوذپذیری چیزی را در فضای آزاد مقایسه می کند. ما می توانیم بگوییم خلاء از نظر معادله دارای نفوذپذیری است: μ 0 {1}}} π × 10^7 H\/m
بنابراین ، نفوذپذیری نسبی خواهد بود: μr=μ\/μo
اگر ماده ای با μᵣ> 1 وجود داشته باشد ، نشان می دهد که دارای میدان مغناطیسی بهتری است که به آن فرومغناطیسی نیز گفته می شود. اگر μᵣ <1 باشد ، یک میدان مغناطیسی ضعیف یا کمتر نشان می دهد ، که به دیاماگنتیک معروف است.
انواع مواد مغناطیسی بر اساس نفوذپذیری
اکنون ، در اینجا قسمت فاصله ای است که همه چیز مورد علاقه را خواهید دید. در مورد مواد صحبت کنید ، سپس بسته به نفوذپذیری آنها ، به میدان های مغناطیسی متفاوت پاسخ می دهند. اگر آنها را به قسمت های مختلف تقسیم کنیم ، شما بهتر می دانید که آنها چگونه کار می کنند.
1. مواد فرومغناطیسی
مواد فرومغناطیسی بسیار متداول هستند و از نفوذپذیری نسبی بسیار بالایی برخوردار هستند. چنین نوع مواد به شدت در میدان های مغناطیسی جذب می شود و حتی می تواند در واقع با مغناطیس برای مدتی سازگار شود.
مثال: این شامل آهن ، نیکل ، کبالت و موارد دیگر است.
2. مواد پارامغناطیسی
مواد پارامغناطیسی تا حدی به جای قوی به میدان های مغناطیسی جذب می شوند. چنین مواد هنگام برداشتن میدان ، مغناطیس را حفظ یا اتخاذ نمی کند. نفوذپذیری نسبی آنها فقط کمی بیشتر از 1 می شود.
مثال: شامل آلومینیوم ، پلاتین ، منیزیم و غیره است.
3. مواد دیاماژنتیک
چنین نوع ماده ای به جای جذب آن ، توسط میدان مغناطیسی کمی دفع می شود. نفوذپذیری نسبی آن کمی کمتر از 1 است ، که توضیح می دهد که چرا توسط میدان های مغناطیسی دفع می شود.
مثالها: مس ، بیسموت ، آب و موارد دیگر.
اهمیت نفوذپذیری مغناطیسی
صحبت در مورد نفوذپذیری متامریک فقط سخنرانی در کلاس فیزیک نیست. این یک نمونه تحت اللفظی از نحوه عملکرد فناوری مدرن است. در اینجا ، دریابید که چگونه از نفوذپذیری مغناطیسی استفاده می کنیمهر چیزی که روزانه استفاده می کنیم
موتورهای برقی و ترانسفورماتورها
نفوذپذیری مغناطیسی در ترانسفورماتورها استفاده می شود و موتورهای الکتریکی برای تولید و انتقال انرژی کاملاً به میدان های مغناطیسی بستگی دارند. مواد مورد استفاده در این سیستم ها از نظر نفوذپذیری بالایی دارند و باعث انتقال بهتر انرژی و در نتیجه کاهش انرژی و از دست دادن گرما می شوند.
محافظت از میدان های مغناطیسی خارجی
برخی از مهندسان از موادی با نفوذپذیری کمتری مانند اسکنرهای MRI فضاپیما استفاده می کنند. از چنین مواد برای محافظت از اجزای موجود در هر یک از میدان های مغناطیسی خارجی استفاده می شود.
دستگاه های ذخیره داده ها
ما از نوارهای مغناطیسی و هارد دیسک استفاده می کنیم. همه این مواد مواد فرومغناطیسی هستند. از آنها برای ذخیره یا ذخیره داده ها استفاده می شود.
استفاده از الکترومغناطیس
الکترومغناطیسی کاربردهای بسیاری دارد ، مانند جرثقیل ها و اسکنرهای تصویربرداری مغناطیسی (MRI). الکترومغناطیسی روی موادی کار می کند که به دلیل نفوذپذیری زیاد آنها به میدان های مغناطیسی نفوذ می کنند.
نفوذپذیری همیشه ثابت نیست
اکنون ، پیچ و تاب دیگری وجود دارد که باید آن را درک کنید. عوامل خاصی می توانند باعث نفوذپذیری مغناطیسی شوند. برای درک بهتر آن ، به من اطلاع دهید که این عوامل چیست.
اشباع مغناطیسی
تفاوت در اشباع وجود دارد: چقدر یک ماده می تواند شار مغناطیسی را بگیرد. اگر آهن ، که یک ماده بسیار نفوذ پذیر است ، در یک میدان مغناطیسی اعمال می شود ، اشباع می شود ، اما شار مغناطیسی نمی گیرد.
مانند اسفنج هنگام خیس شدن در آب است. چقدر می تواند نگه داشته شود؟ تا آنجا که می تواند.
اختلاف دما
دما بر نفوذپذیری تأثیر می گذارد.
● اگر مواد فرومغناطیسی را گرم می کنید ، نفوذپذیری آنها می تواند کاهش یابد.
● به همین ترتیب ، در دمای کوری ، پایان تمام خصوصیات مغناطیسی خود را از دست می دهد و دیگر به میدان مغناطیسی واکنش نشان نمی دهد.
تفاضات
اگر چیزی از جریان متناوب مانند ترانسفورماتورها استفاده کند ، نفوذپذیری می تواند فرکانس های مختلفی داشته باشد. چنین مواردی منجر به ضررهای اصلی می شود که مهندسان هنوز در تلاش برای مدیریت هستند.
حقایق سرگرم کننده در مورد نفوذپذیری مغناطیسی
اکنون ، به اندازه کافی از معادلات و تمام علوم روباتیک ، اجازه دهید شما را با قسمت سرگرم کننده نفوذپذیری مغناطیسی آشنا کنیم.
● اگر در مورد خلاء صحبت کنیم ، آنگاه دارای نفوذپذیری پایه است. این بدان معناست که فضاهای خالی اجازه می دهد تا میدان های مغناطیسی از بین بروند و نفوذپذیری را به یک ثابت جهانی تبدیل کنند.
● برخی از مواد در یک میدان مغناطیسی شناور هستند. مانند بیسموت و گرافیت ، آنها می توانند به دلیل دیاماگنتیسم در میدان های مغناطیسی قوی قرار بگیرند.
● آیا تا به حال فکر کرده اید که چگونه آنها از فضاپیما یا ابزار آزمایشگاه از میدان مغناطیسی زمین محافظت می کنند؟ آنها برای حفظ تعادل خود و نجات آنها از میدان مغناطیسی زمین ، از Mu-Metals که دارای نفوذپذیری بسیار بالایی هستند ، استفاده می کنند.
field میدان مغناطیسی زمین توسط یک توپ فرومغناطیسی غول پیکر در هسته زمین تولید می شود.
پرسش
آیا نفوذپذیری مغناطیسی و مغناطیس یک چیز است؟
نه ، آنها نیستند. مغناطیس یک خاصیت عمومی تر است. نفوذپذیری با استفاده از معادله آن قابل اندازه گیری است ، که نشان می دهد چگونه یک ماده به میدان مغناطیسی پاسخ می دهد.
آیا می توانیم نفوذپذیری مواد را تغییر دهیم؟
بله ، می توانید نفوذپذیری مواد را تغییر دهید. تمام کاری که شما باید انجام دهید استفاده از عواملی است که بر نفوذپذیری تأثیر می گذارد. مانند استفاده از گرما ، استرس ، تغییر شکل آن و موارد دیگر.
چرا نفوذپذیری برای مهندسان بسیار مهم است؟
یکی از دلایل نفوذپذیری بسیار مهم است زیرا این هسته اصلی برخی از دستگاه های مهم مانند ترانسفورماتور ، سنسورها و هر چیز دیگری است که از فرآیند الکترومغناطیسی استفاده می کند. در چنین مواردی ، مهندسان از مواد قابل نفوذ مناسب استفاده می کنند و باعث افزایش کارایی آنها و جلوگیری از زباله می شوند.
پایان
نفوذپذیری مغناطیسی مانند یک موضوع علمی خسته کننده به نظر می رسد ، اما بسیار جالب است. آنچه جالب تر می شود نقش آن در زندگی روزمره ما است. ما از یک شارژر استفاده می کنیم که تلفن های ما ، اسکنرهای MRI را در بیمارستان ها و حتی مزارع مغناطیسی زمین قدرت می دهد. همه اینها توضیح می دهند که چرا نفوذپذیری مغناطیسی برای ما بسیار مهم است. بنابراین ، تمام این دانش اکنون به سؤال شما پاسخ می دهد ، "نفوذپذیری مغناطیسی چیست؟"
