สภาพให้ซึมผ่านได้ทางแม่เหล็ก

สภาพให้ซึมผ่านได้ (permeability) ในทางทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นค่าที่บอกถึงระดับของความเหนี่ยวนำแม่เหล็กของวัสดุจากการตอบสนองเชิงเส้นกับสนามแม่เหล็ก มักจะแสดงด้วยตัวอักษรกรีก μ สูตรการแสดงสนามแม่เหล็กโดยใช้ค่านี้ถูกสร้างขึ้นในเดือนกันยายน 1885 โดยโอลิเวอร์ เฮวิไซด์

หน่วยเอสไอของสภาพให้ซึมผ่านได้คือ เฮนรีต่อเมตร (H·m^-1) หรือนิวตันต่อแอมแปร์กำลังสอง (N·A^-2)

ค่าคงที่ ${\mu }_0$ คือค่าสภาพให้ซึมผ่านได้ของสุญญากาศ ซึ่งยังถูกเรียกว่า ค่าคงตัวแม่เหล็ก ซึ่งถูกนิยามไว้อย่างแน่ชัดมีค่าเป็น ${\mu }_0$ = 4π×10⁻⁷ N·A⁻²

คำอธิบาย

ในทางทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า ค่าความแรงสนามแม่เหล็ก H อธิบายว่าการเหนี่ยวนำที่ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก B ส่งผลต่อกระจุกของไดโพลแม่เหล็กในตัวกลางเฉพาะอย่างไร รวมถึงการเคลื่อนตัวของไดโพลและการปรับทิศทางของไดโพลแม่เหล็ก ความสัมพันธ์กับค่าสภาพให้ซึมผ่านได้ของแม่เหล็ก $\mu$ คือ:

$𝐁=\mu 𝐇$

สภาพให้ซึมผ่านได้ μ จะเป็นปริมาณสเกลาร์ในตัวกลางไอโซทรอปิก และเป็นเทนเซอร์ในตัวกลางแอนไอโซทรอปิก

โดยทั่วไป ค่าสภาพให้ซึมผ่านได้จะไม่คงที่ โดยอาจแปรผันตามตำแหน่งภายในตัวกลาง ความถี่ของสนาม รวมถึง ความชื้น อุณหภูมิ และพารามิเตอร์อื่น ๆ ในตัวกลางแบบไม่เชิงเส้น สภาพให้ซึมผ่านได้จะขึ้นอยู่กับความแรงสนามแม่เหล็ก สภาพให้ซึมผ่านได้เป็นฟังก์ชันของความถี่ อาจเป็นค่าจำนวนจริงหรือจำนวนเชิงซ้อนได้ สำหรับในวัสดุเฟอโรแมกเนติก ความสัมพันธ์ระหว่าง B และ H นั้นจะไม่เป็นเชิงเส้น นั่นคือ B ไม่ใช่ฟังก์ชันที่เป็นแค่ค่าคงตัวคูณกับ H แต่ยังขึ้นอยู่กับประวัติความเปลี่ยนแปลงภายในตัววัสดุด้วย สำหรับวัสดุเหล่านี้ บางครั้งพิจารณาถึงสภาพให้ซึมผ่านได้ของแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้น

$\mathrm{\Delta }𝐁={\mu }_{\mathrm{\Delta }}\mathrm{\Delta }𝐇$

สภาพให้ซึมผ่านได้คือความเหนี่ยวนำไฟฟ้าต่อหน่วยความยาว ในระบบหน่วยสากล หน่วยของสภาพให้ซึมผ่านได้คือ เฮนรีต่อเมตร (H·m ^-1 = J/(A²·m) = N·A^-2) ความแรงสนามแม่เหล็ก H คือ กระแสไฟฟ้าต่อหน่วยความยาว มีหน่วยเป็น แอมแปร์ต่อเมตร (A·m⁻¹) ดังนั้น μH จึงเป็นค่าเป็นความเหนี่ยวนำคูณด้วยกระแสไฟฟ้าต่อหน่วยพื้นที่ (H·A/m²) แต่ความเหนี่ยวนำคือ ฟลักซ์แม่เหล็กต่อหน่วยกระแสไฟฟ้า ดังนั้นผลคูณจึงเป็นฟลักซ์แม่เหล็กต่อหน่วยพื้นที่ด้วย ในขณะที่ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก B มีหน่วยเป็นเวเบอร์ (โวลต์ วินาที) ต่อตารางเมตร (V·s/m²) หรือ เทสลา (T)

ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก B เกี่ยวพันกับแรงโลเรินตส์ของประจุเคลื่อนที่ q

$𝐅=q(𝐄+𝐯\times 𝐁)$

หน่วยของประจุ q คือ คูลอมบ์ (C) และความเร็ว v คือ m/s ดังนั้นแรง F จึงคำนวณเป็นนิวตัน (N):

$q𝐯\times 𝐁=\text{C}\cdot \frac{\text{m}}{\text{s}}\cdot \frac{\text{V}\cdot \text{s}}{{\text{m}}^2}=\frac{\text{C}\cdot (\text{J / C})}{\text{m}}=\frac{\text{J}}{\text{m}}=\text{N}$

ส่วนความแรงสนามแม่เหล็ก H เกี่ยวข้องกับความหนาแน่นของไดโพลแม่เหล็ก ไดโพลแม่เหล็กเป็นวงจรกระแสปิด โมเมนต์แม่เหล็ก ของมันคือกระแสคูณด้วยพื้นที่ หน่วยคือแอมแปร์ เมตรกำลังสอง (A·m²) และมีค่าเท่ากับกระแสบนขดลวดคูณจำนวนรอบ H เป็นสัดส่วนกับไดโพลที่ระยะห่างจากมัน และขนาดของ H เป็นสัดส่วนกับโมเมนต์ไดโพลหารด้วยกำลังสามของระยะทาง และมีความหมายในทางฟิสิกส์คือกระแสต่อหน่วยความยาว

สภาพให้ซึมผ่านได้สัมพัทธ์

สภาพให้ซึมผ่านได้ผ่านสัมพัทธ์ บางครั้งถูกเขียนในรูป μ_r คือ อัตราส่วนของสภาพให้ซึมผ่านได้ μ ของตัวกลางหนึ่ง ๆ ต่อ สภาพให้ซึมผ่านได้ของสุญญากาศ μ₀

${\mu }_r=\frac{\mu }{{\mu }_0}$

และยังอาจเขียนในรูปของค่าสภาพรับแม่เหล็กได้ χ_m เป็น

${\chi }_m={\mu }_r-1$

อ่านเพิ่มเติม

• แม่เหล็กไฟฟ้า แม่แบบ:Webarchive - บทหนึ่งในตำราเรียนออนไลน์
• การซึมผ่านสัมพัทธ์ แม่แบบ:Webarchive
• คุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ แม่แบบ:Webarchive