Prepustnost je lastnost materiala, ki opisuje, kako gosto bi bilo magnetno polje, če bi skozi material tekla enaka količina toka. Prepustnost se označuje s simbolom μ {\displaystyle \mu } \mu in se meri v henrijevih na meter (H/m). V enostavni linearni snovi velja zveza med magnetnim indukcijskim vektorjem B in magnetnim poljem H: B = μ H.

Prepustnost prostega prostora (μ0) in relativna prepustnost (μr)

Prazen prostor ima konstanto prepustnost, imenovano prepustnost prostega prostora ali μ 0 {\displaystyle \mu _{0}}{\displaystyle \mu _{0}}. Njena vrednost je natančno 4π × 10-7 H/m (približno 1,256637×10-6 H/m).

Za praktično primerjavo večine materialov uporabljamo relativno prepustnost (simbol μ r {\displaystyle \mu _{r}}{\displaystyle \mu _{r}} ), ki je preprosto prepustnost materiala deljena s prepustnostjo prostega prostora (μ r = μ / μ 0 {\displaystyle \mu _{r}=\mu /\mu _{0}}{\displaystyle \mu _{r}=\mu /\mu _{0}} ).

Tipične vrednosti in klasifikacija

  • Za večino snovi je μr zelo blizu 1. To pomeni, da je njihova prepustnost skoraj enaka prepustnosti prostega prostora in se pogosto zanemari pri izračunih prostorskih magnetnih polj.
  • Materiali z μr < 1 so diamagnetni (zelo šibka odbojna reakcija na magnetno polje), material z μr > 1 so paramagnetni ali feromagnetni (privlačno delovanje). Relativna prepustnost je povezana tudi z magnetno susceptibilnostjo χm preko zveze μr = 1 + χm.
  • Nekateri materiali so zasnovani tako, da imajo zelo veliko prepustnost — odkažejo se kot magnetna jedra ali zaščitni materiali. Primeri feromagnetnih vrednosti: železo približno 5000 in nikelj približno 600 (odvisno od zlitine, obdelave in pogojev). Obstajajo tudi zlitine (npr. mu-metal), katerih μr lahko doseže vrednosti 10^4–10^6 v določenih pogojih.

Feromagnetni materiali — značilnosti in omejitve

Feromagnetni materiali (kot je feromagnetizem) imajo veliko relativno prepustnost, vendar ta ni konstantna. Pri feromagnetikih so pomembne lastnosti:

  • nenelinearnost: μ se spreminja z jakostjo magnetnega polja H (B–H krivulja); prepustnost je lahko zelo visoka pri majhnih H, nato pa upada pri bližini saturacije.
  • histereza: pri spreminjanju H material ohranja magnetizacijo, kar povzroča zanko histereze in izgube energije pri izmeničnih poljih.
  • saturacija: pri dovolj močnih poljih se magnetizacija nasiti in povečanje H ne poveča več sorazmerno B.
  • odvisnost od temperature: nad Curiejevo temperaturo feromagnetik izgubi feromagnetne lastnosti in postane paramagneten; to bistveno spremeni μ.

Frekvenčna odvisnost in kompleksna prepustnost

Pri izmeničnih (AC) poljih postane prepustnost odvisna od frekvence. Pogosto uporabljamo kompleksno prepustnost μ = μ' − jμ'', kjer μ' predstavlja shranjeno (reagirano) magnetno energijo, μ'' pa izgube (čenost izgubo). Pri višjih frekvencah feromagnetiki kažejo povečane izgube zaradi histereze, vrtinčnih tokov in drugih mehanskih procesov; zato so za visokofrekvenčne jedra uporabljane feritne zlitine z nižjimi izgubami.

Uporaba in pomen

Visoka prepustnost je zaželena tam, kjer želimo skoncentrirati magnetni tok oziroma povečati induktivnost: transformatorji, induktorji, magnetna jedra elektromotorjev in solenoidov, ter magnetno zaslonjenje (zaščita občutljive elektronike pred zunanjimi magnetnimi polji). Pri načrtovanju je treba upoštevati nelinearnost, saturacijo, histerezo in frekvenčne izgube materiala.

Praktični nasveti

  • Za približne izračune magnetnih vezij pri nizkih poljih in pri neferomagnetnih materialih pogosto zadostuje uporaba μ0 (tj. μr ≈ 1).
  • Če uporabljate feromagnetne jedra, vedno preverite podatke proizvajalca (B–H krivulje, μr pri določenem magnetnem toku, saturacijska indukcija, izgube pri frekvenci).
  • Za aplikacije z visokimi frekvencami raje izberite ferite ali žična jedra z nizkimi vrtinčnimi tokovi in manjšimi izgubami.