Permeabilita

Permeabilita je v elektrotechnice fyzikální veličina, která vyjadřuje vliv určitého materiálu nebo prostředí na výsledné účinky působícího magnetického pole. Některá prostředí tyto účinky zesilují, jiná je zeslabují a existují také prostředí bez tohoto vlivu.

Značení a definice

Pro permeabilitu se používá značka μ (řecké mí) a její jednotka v soustavě SI je henry na metr, značka Hm⁻¹ nebo také newton na čtvereční ampér, značka NA⁻².

Permeabilitu lze určit ze vztahu

\mu ={\frac {B}{H}}

,

kde B je magnetická indukce a H intenzita magnetického pole.

V látkovém prostředí její hodnota závisí na vlastnostech daného materiálu – lze ji tedy považovat za materiálovou konstantu. Nicméně v obecném případě její hodnota závisí také na dalších parametrech, např. na velikosti působícího magnetického pole – pak je tedy funkcí (má závislost na) materiálu a intenzity pole. Typickým příkladem materiálů, které mají tuto obecnější závislost, jsou feromagnetické látky. Některé z nich navíc vykazují hysterezi, což v tomto případě znamená, že jejich magnetické vlastnosti závisí také ještě na hodnotách magnetického pole, jemuž byly vystaveny v minulosti. Kromě toho je výše uvedená definice pro neměnné pole a v případě že je pole proměnlivé – typicky periodicky – může se objevit rovněž závislost na frekvenci.

Permeabilita vakua

Permeabilita vakua se značí $\mu _{0}$ a je to fyzikální konstanta, která je koeficientem úměrnosti mezi veličinami B a H ve vakuu podle výše uvedeného vztahu. Obě tyto veličiny charakterizují magnetické pole; to může být ve vakuu vytvářeno pohybujícím se elektrickým nábojem, tedy rovněž elektrickým proudem, změnou elektrického pole v čase nebo obojím, tudíž obě tyto veličiny jsou úměrné těmto vytvářejícím vlivům. Jejich rozdíl pak spočívá jednak v tom, že B zohledňuje vliv látky v prostředí jímž se pole šíří a dále v tom, že magnetická indukce je definována prostřednictvím síly, kterou pole působí na pohybující se náboj, zatímco intenzita magnetického pole nikoliv. Ve vakuu je vliv látky odstraněn a permabilita vakua je tedy koeficient doplňující výrazy s faktory vytvářejícími magnetické pole tak, aby ve vakuu odpovídaly silovému působení pole – buď přímo, ve vztazích pro sílu, nebo nepřímo, prostřednictvím magnetické indukce.

V soustavě SI, kde je jednotka elektrickeho proudu ampér definována pomocí magnetické síly, se permeabilita vakua neměří, ale je určena z definice ampéru a vztahu pro magnetickou sílu (Ampérův silový zákon). Hodnota $\mu _{0}$ v soustavě SI je proto dána jako

\mu _{0}=4\pi \cdot 10^{-7}\ {\mbox{Hm}}^{-1}\approx 1{,}256637061\cdot 10^{-6}\ {\mbox{Hm}}^{-1}

Podle připravovaných nových definic SI je ampér definován jiným způsobem, nezávislým na magnetické síle, v důsledku čehož je v této soustavě permeabilita vakua měřenou veličinou.

Relativní permeabilita

Materiál	$\mu _{r}$
Permalloy	50 000 – 140 000
Železo	300 – 10 000
Kobalt	80 – 200
Hliník	1,000 023
Kapalný kyslík	1,003 620
Plynný kyslík	1,000 001 86
Platina	1,000 264
Měď	0,999 990
Voda	0,999 991

Jako relativní permeabilita se označuje podíl permeability daného materiálu a permeability vakua, tedy

\mu _{r}={\frac {\mu }{\mu _{0}}}

Je to bezrozměrná veličina. S pojmem relativní permeability úzce souvisí veličina označovaná jako magnetická susceptibilita, která popisuje stejnou vlastnost látky, ale je poněkud odlišně zavedena.

V protikladu k pojmu relativní permeabilita bývá permeabilita $\mu =\mu _{0}\mu _{r}$ také označována jako absolutní permeabilita daného materiálu.

Relativní permeabilita většiny látek je (velmi) blízko hodnoty 1, což odpovídá slabé reakci na magnetické pole. Tato reakce vzniká na základě toho, že jednou ze základních složek hmoty jsou elektrony a ty vykazují magnetické vlastnosti. Přímo $\mu _{r}=1$ , tedy že $\mu =\mu _{0}$ , se vyskytuje pouze výjimečně, v případech kdy se vzájemně vyruší vliv protichůdných reakcí látky na magnetické pole. Látky, které mají $\mu _{r}>1$ se nazývají paramagnetické, feromagnetické (např. železo, nikl, kobalt) – ty mají $\mu _{r}\gg 1$ nebo ferrimagnetické (rozdíly mezi těmito pojmy jsou uvedeny u příslušných hesel a také v článku magnetizace). Tyto látky jsou do magnetického pole vtahovány (pohyb směrem do místa s nejvyšší intenzitou pole). Látky, které mají $\mu _{r}<1$ , se nazývají diamagnetické a jsou z magnetického pole vypuzovány. Nejsilnější diamagnetické chování vykazují supravodiče, které mohou do určité intenzity působícího magnetického pole zcela zamezit vnikání pole do svého objemu (až na tenkou povrchovou vrstvu) a tedy v určité oblasti je jejich $\mu _{r}=0.$

Související články