פרמאביליות

פֶּרְמֵאַבִּילִיּוּת מגנטית (באנגלית: Permeability, ובעברית: חַלְחַלּוּת מגנטית) היא מדד לתגובה של חומר לשדה מגנטי המופעל עליו. הפרמאביליות מיוצגת על ידי האות היוונית ${\displaystyle \mu \!\ }$, וביחידות SI נמדדת בהנרי למטר (H/m), או בניוטון לאמפר בריבוע (N/A²).

יש לפשט ערך זה: הערך מנוסח באופן טכני מדי, וקשה להבנה לקהל הרחב.

פרמאביליות מגנטית היא מדד להשפעה של חומר על השדה המגנטי העובר בו. לדוגמה, גודלו של שדה מגנטי הנוצר במערכת הנמצאת באוויר קטן מגודלו לו הייתה המערכת נמצאת בריק.

ניתן להקביל את המושג לחיכוך – אם זורקים משהו באוויר, הוא ישמור על מהירותו יותר מאשר אם נזרוק את אותו הדבר באותו כוח, במים (כלומר, מקדם החיכוך של המים גדול ממקדם החיכוך של האוויר). באותה צורה, שדה מגנטי יהיה חלש יותר בסביבה בעלת פרמאביליות נמוכה, וגדול יותר בסביבה בעלת פרמאביליות גבוהה.

פרמאביליות הריק

פרמאביליות הריק ${\displaystyle \mu _{0}\!\ }$ מוגדרת כיחס בין עוצמת שדה מגנטי מושרה ${\displaystyle {\vec {B}}\ }$ לעוצמת השדה המגנטי ${\displaystyle {\vec {H}}\ }$ בריק:

${\displaystyle \mu _{0}={\frac {\vec {B}}{\vec {H}}}}$

כאשר:

• ${\displaystyle B}$ – שדה מגנטי הנוצר מזרמים חופשיים וזרמים קשורים.
• ${\displaystyle H}$ – שדה מגנטי הנוצר מזרמים חופשיים בלבד.

ביחידות SI ערכה מוגדר במדויק על ידי:

${\displaystyle \mu _{0}=4\pi \times 10^{-7}{\frac {H}{m}}\approx 1.2566\times 10^{-6}{\frac {H}{m}}}$

היא קשורה ל-${\displaystyle \varepsilon _{0}}$, המקדם הדיאלקטרי של הריק על ידי:

${\displaystyle \varepsilon _{0}\mu _{0}={\frac {1}{c^{2}}}}$

כאשר ${\displaystyle c\!\ }$ הוא מהירות האור בריק.

פרמאביליות של חומר

פרמאביליות של חומר נתונה בדרך כלל באופן יחסי לזה של הריק, כפרמאביליות יחסית ${\displaystyle \mu _{r}\!\ }$, כלומר היא מוגדרת על ידי:

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

כאשר ${\displaystyle \mu \!\ }$ היא הפרמאביליות של החומר. בריק על פי ההגדרה מתקיים ${\displaystyle \mu _{r}=1\!\ }$.

מתקיים: ${\displaystyle \mu =\mu _{r}\mu _{0}=(1+\chi _{m})\mu _{0}\!\ }$, כאשר ${\displaystyle \chi _{m}\!\ }$ היא הסוספטיביליות המגנטית של החומר.

מקדמי המגנטיות והסוספטיביליות המגנטית של מספר חומרים

חומר	סוספטיביליות מגנטית	פרמאביליות (N/A2)µ
מתכת ${\displaystyle \mu }$ *	20,000	25,000
ברזל של שנאי עם ρ=0.01 µΩ•m *	4,000	5,000
פלדה *	700	875
ניקל *	100	125
פלטינה	10−4×2.65	1.2569701
אלומיניום	10−5×2.22	1.2566650
מימן	10−9×8 או 10−9×2.2	1.2566371
ריק	0	1.2566371
ספיר	10−7×2.1-	1.2566368
נחושת	10−6×6.4- או 10−6×9.2-	1.2566290
מים	10−6×8-	1.2566270

הפרמאביליות משתנה עם צפיפות השטף, לכן הערכים הם מקורבים ותקפים רק עבור צפיפות שטף של 0.002T. בנוסף, ערכים אלו נתונים עבור תדירות אפס, כשבמציאות מקדם המגנטיות בדרך כלל תלוי תדר.

בחומרים ליניאריים מתקיים: ${\displaystyle {\vec {M}}=\chi _{m}{\vec {H}}}$
כאשר ${\displaystyle {\vec {M}}\!\ }$ היא המגנטיות של החומר, הנמדדת באמפר למטר (A/m)

לכן על פי ההגדרות לעיל מתקיים: ${\displaystyle {\vec {B}}=\mu {\vec {H}}=\mu _{0}(1+\chi _{m}){\vec {H}}=\mu _{0}({\vec {H}}+{\vec {M}})}$

סיווג חומרים

השפעת מספר סוגי חומרים על קווי השדה המגנטי החיצוני המופעל עליהם.
למעלה: חומר דיאמגנטי – קווי השדה דרכו דלילים במעט מקווי השדה שבחוץ
במרכז: חומר פאראמגנטי – קווי השדה דרכו צפופים במעט מקווי השדה שבחוץ
למטה: חומר פרומגנטי – קווי השדה דרכו צפופים באופן משמעותי מקווי השדה שבחוץ

מבחינים בין מספר סוגי חומרים:

חומרים דיאמגנטיים – חומרים שהפרמאביליות היחסית שלהם מקיימת ${\displaystyle \mu _{r}\leq 1\!\ }$ (כלומר ${\displaystyle \chi _{m}\leq 0}$). נכללים בהם כסף, נחושת, מים, זהב, עופרת ואבץ.

חומרים אלה מתאפיינים בכך שכאשר מפעילים עליהם שדה מגנטי חיצוני נוצר מומנט מגנטי מושרה המקטין במעט את השפעת השדה המגנטי. כשהשדה המגנטי החיצוני מופסק חומרים אלה אינם שומרים על המגנטיזציה שלהם.

חומרים פאראמגנטיים – חומרים שהפרמאביליות היחסית שלהם מקיימת ${\displaystyle \mu _{r}\geq 1\!\ }$ (כלומר ${\displaystyle \chi _{m}\geq 0}$). נכללים בהם אוויר, אלומיניום, מגנזיום, ופלטינה.

חומרים אלה מתאפיינים בכך שכאשר מפעילים עליהם שדה מגנטי חיצוני היונים שבתוכו מסתדרים לפי השדה החיצוני, ובכך מגדילים את השפעת השדה המגנטי. כשהשדה המגנטי החיצוני מופסק גם חומרים אלה אינם שומרים על המגנטיזציה שלהם.

חומרים פרומגנטיים – חומרים שהפרמאביליות היחסית שלהם מקיימת ${\displaystyle \mu _{r}\gg 1\!\ }$ (כלומר ${\displaystyle \chi _{m}\gg 1}$). נכללים בהם קובלט, ברזל וניקל.

כשחומרים אלה נמצאים בשדה מגנטי חיצוני הם מתמגנטים ונשארים ממוגנטים לפרק זמן מסוים גם לאחר שהחומר לא נמצא יותר בשדה. בדומה לחומרים פאראמגנטיים כאשר מפעילים עליהם שדה מגנטי חיצוני היונים שבתוכו מסתדרים לפי השדה החיצוני, ובכך מגדילים את השפעת השדה המגנטי.

ראו גם

• דיאמגנטיות
• פאראמגנטיות
• פרומגנטיות
• מקדם דיאלקטרי

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא פרמאביליות בוויקישיתוף

• פרמאביליות, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)