Τι πρέπει να ξέρεις - Βασικές γνώσεις

Στον ηλεκτρομαγνητισμό και την ηλεκτρονική, η επαγωγή είναι η τάση ενός ηλεκτρικού αγωγού να αντιτίθεται σε οποιαδήποτε αλλαγή του ηλεκτρικού ρεύματος που διέρχεται από αυτόν. Η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από τον αγωγό. Η ισχύς του πεδίου εξαρτάται από το μέγεθος του ρεύματος και ακολουθεί τυχόν αλλαγές στο ρεύμα. Από τον νόμο επαγωγής του Faraday, οποιαδήποτε αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο μέσω ενός κυκλώματος προκαλεί μια ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF) (τάση) στους αγωγούς, μια διαδικασία γνωστή ως ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Αυτή η επαγόμενη τάση που δημιουργείται από το μεταβαλλόμενο ρεύμα έχει ως αποτέλεσμα να αντιτίθεται στην αλλαγή του ρεύματος. Αυτό δηλώνεται από το νόμο του Lenz και η τάση καλείται πίσω EMF.

Η επαγωγή ορίζεται ως ο λόγος της επαγόμενης τάσης προς το ρυθμό μεταβολής του ρεύματος που την προκαλεί. Είναι ένας συντελεστής αναλογικότητας που εξαρτάται από τη γεωμετρία των αγωγών κυκλώματος και τη μαγνητική διαπερατότητα των κοντινών υλικών. Ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα που έχει σχεδιαστεί για να προσθέτει επαγωγή σε ένα κύκλωμα ονομάζεται επαγωγέας. Συνήθως αποτελείται από ένα πηνίο ή έλικα σύρματος.

Ο όρος επαγωγή επινοήθηκε από τον Oliver Heaviside το 1886. Συνηθίζεται να χρησιμοποιείται το σύμβολο {displaystyle L} L για επαγωγή, προς τιμήν του φυσικού Heinrich Lenz. Στο σύστημα SI, η μονάδα επαγωγής είναι το henry (H), το οποίο είναι η ποσότητα επαγωγής που προκαλεί τάση ενός βολτ, όταν το ρεύμα αλλάζει με ρυθμό ένα αμπέρ ανά δευτερόλεπτο. Πήρε το όνομά του από τον Joseph Henry, ο οποίος ανακάλυψε την επαγωγή ανεξάρτητα από τον Faraday.

Ιστορία

Η ιστορία της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, μια όψη του ηλεκτρομαγνητισμού, ξεκίνησε με παρατηρήσεις των αρχαίων: ηλεκτρικό φορτίο ή στατικό ηλεκτρισμό (τρίψιμο του μεταξιού στο κεχριμπάρι), ηλεκτρικό ρεύμα (κεραυνός) και μαγνητική έλξη (lodestone). Η κατανόηση της ενότητας αυτών των δυνάμεων της φύσης και η επιστημονική θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού ξεκίνησε στα τέλη του 18ου αιώνα.

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον Michael Faraday το 1831. Στο πείραμα του Faraday, τύλιξε δύο σύρματα γύρω από τις αντίθετες πλευρές ενός σιδερένιου δακτυλίου. Περίμενε ότι, όταν το ρεύμα άρχισε να ρέει σε ένα σύρμα, ένα είδος κύματος θα περνούσε μέσα από τον δακτύλιο και θα προκαλούσε κάποιο ηλεκτρικό αποτέλεσμα στην αντίθετη πλευρά. Χρησιμοποιώντας ένα γαλβανόμετρο, παρατήρησε μια παροδική ροή ρεύματος στο δεύτερο πηνίο κάθε φορά που μια μπαταρία συνδεόταν ή αποσυνδεόταν από το πρώτο πηνίο. Αυτό το ρεύμα προκλήθηκε από τη μεταβολή της μαγνητικής ροής που συνέβη όταν η μπαταρία συνδέθηκε και αποσυνδέθηκε. Ο Faraday βρήκε αρκετές άλλες εκδηλώσεις ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Για παράδειγμα, είδε παροδικά ρεύματα όταν κίνησε γρήγορα έναν μαγνήτη μπάρας μέσα και έξω από ένα πηνίο καλωδίων, και δημιούργησε ένα σταθερό (DC) ρεύμα περιστρέφοντας ένα δίσκο χαλκού κοντά στο μαγνήτη της ράβδου με έναν συρόμενο ηλεκτρικό μόλυβδο ("δίσκος του Faraday").

Στη φυσική συμπυκνωμένης ύλης, η μαγνητική ανισοτροπία περιγράφει πώς οι μαγνητικές ιδιότητες ενός αντικειμένου μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με την κατεύθυνση. Στην απλούστερη περίπτωση, δεν υπάρχει κάποια προτιμητέα κατεύθυνση για τη μαγνητική ροπή ενός αντικειμένου. Θα ανταποκρίνεται σε ένα εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο με τον ίδιο τρόπο, ανεξάρτητα από την κατεύθυνση που εφαρμόζεται το πεδίο. Αυτό είναι γνωστό ως μαγνητική ισοτροπία. Αντίθετα, μαγνητικά ανισότροπα υλικά θα είναι πιο εύκολο ή πιο δύσκολο να μαγνητιστούν ανάλογα με τον τρόπο περιστροφής του αντικειμένου.

Για τα περισσότερα μαγνητικά ανισότροπα υλικά, υπάρχουν δύο ευκολότερες κατευθύνσεις για τη μαγνήτιση του υλικού, οι οποίες απέχουν μεταξύ τους 180°. Η γραμμή που είναι παράλληλη με αυτές τις κατευθύνσεις ονομάζεται εύκολος άξονας. Με άλλα λόγια, ο εύκολος άξονας είναι μια, ενεργειακά, ευνοϊκή κατεύθυνση αυθόρμητης μαγνήτισης. Επιπλέον, οι δύο αντίθετες κατευθύνσεις κατά μήκος ενός εύκολου άξονα είναι συνήθως εύκολο να μαγνητιστούν κατά μήκος και η πραγματική κατεύθυνση μαγνήτισης μπορεί να πραγματοποιηθεί εξίσου εύκολα σε οποιαδήποτε κατεύθυνση, κάτι που αποτελεί παράδειγμα "σπασίματος" της αυθόρμητης συμμετρίας.

Η μαγνητική ανισοτροπία είναι απαραίτητη προϋπόθεση για υστέρηση στους σιδηρομαγνήτες: χωρίς αυτήν, ένας σιδηρομαγνήτης είναι υπερπαραμαγνητικός.

Πηγές

Η παρατηρούμενη μαγνητική ανισοτροπία σε ένα αντικείμενο μπορεί να συμβεί για διάφορους λόγους. Αντί για μια μόνο αιτία, η συνολική μαγνητική ανισοτροπία ενός δεδομένου αντικειμένου εξηγείται συχνά από ένα συνδυασμό αυτών των διαφορετικών παραγόντων:

Μαγνητοκρυσταλλική ανισοτροπία

Η ατομική δομή ενός κρυστάλλου εισάγει επιθυμητές κατευθύνσεις για τη μαγνήτιση.
Ανισοτροπία σχήματος
Όταν ένα σωματίδιο δεν είναι απόλυτα σφαιρικό, το πεδίο απομαγνήτισης δεν θα είναι ίσο για όλες τις κατευθύνσεις, δημιουργώντας έναν ή περισσότερους εύκολους άξονες.
Μαγνητοελαστική ανισοτροπία

Η ένταση μπορεί να αλλάξει τη μαγνητική συμπεριφορά, οδηγώντας σε μαγνητική ανισοτροπία.
Η ανισοτροπία της ανταλλαγής
Συμβαίνει όταν αλληλεπιδρούν αντιισιδηρορομαγνητικά και σιδηρομαγνητικά υλικά.

Γνωρίζουμε ότι οι μαγνήτες δεν έλκονται από τα πάντα. Εάν βάλουμε έναν μαγνήτη σε έναν ξύλινο τοίχο, θα πέσει ακριβώς κάτω. Γενικά, οι μαγνήτες έλκονται από αντικείμενα που είναι φτιαγμένα από μέταλλα όπως, σίδηρο, νικέλιο ή κοβάλτιο. Αυτά τα υλικά ονομάζονται σιδηρομαγνητικά υλικά. Ο λόγος που οι μαγνήτες κολλάνε σε αυτά τα μέταλλα είναι λόγω ενός ιδιαίτερου χαρακτηριστικού των ατόμων μέσα σε αυτά τα μέταλλα. Στα περισσότερα άλλα υλικά που δεν είναι μαγνητικά, οι μαγνητικές ροπές των ατόμων στο εσωτερικό είναι όλες προσανατολισμένες σε τυχαίες κατευθύνσεις που ακυρώνουνη μία την άλλη. Στα σιδηρομαγνητικά υλικά, τα άτομα σχηματίζουν δομές που ονομάζονται τομείς. Ένας τομέας είναι μια περιοχή μέσα σε ένα υλικό όπου ομάδες μαγνητικών ροπών ευθυγραμμίζονται φυσικά προς την ίδια κατεύθυνση.

Μπορεί να υπάρχουν πολυάριθμοι τομείς μέσα σε ένα αντικείμενο. Όταν δεν υπάρχει εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, οι τομείς προσανατολίζονται επίσης τυχαία, έτσι ώστε να μην υπάρχει καθαρό μαγνητικό πεδίο. Ωστόσο, όταν υπάρχει εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, οι τομείς περιστρέφονται και ευθυγραμμίζονται με το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Όταν όλοι ή οι περισσότεοι τομείς ευθυγραμμίζονται προς την ίδια κατεύθυνση, ολόκληρο το αντικείμενο μαγνητίζεται προς αυτήν την κατεύθυνση και γίνεται μαγνήτης.

Η διαδικασία χρήσης μαγνητικού πεδίου για μαγνήτιση ενός άλλου αντικειμένου ονομάζεται επαγωγή. Μόλις ένας μαγνήτης επηρεασθεί, παράγει το δικό του μαγνητικό πεδίο εφόσον οι τομείς του είναι ευθυγραμμισμένοι.

Η ένταση του μαγνητικού πεδίου αναφέρεται σε έναν από τους δύο τρόπους με τους οποίους μπορεί να πραγματοποιηθεί η έκφραση ενός μαγνητικού πεδίου. Είναι σίγουρα διαφορετικό από την πυκνότητα της μαγνητικής ροής. Επιπλέον, ο σχηματισμός ενός μαγνητικού πεδίου λαμβάνει χώρα όταν ένα σύρμα μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα. Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου εξαρτάται από την κατεύθυνση του ρεύματος. Η οπτικοποίηση του μαγνητικού πεδίου μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη βοήθεια των γραμμών του πεδίου. Επίσης, η ένταση του μαγνητικού πεδίου αντιστοιχεί σίγουρα στην πυκνότητα των γραμμών πεδίου.

Η ένταση του μαγνητικού πεδίου αναφέρεται στην αναλογία του MMF που απαιτείται για τη δημιουργία μιας συγκεκριμένης πυκνότητας ροής σε ένα συγκεκριμένο υλικό ανά μονάδα μήκους αυτού του υλικού. Ορισμένοι ειδικοί λένε επίσης, ότι αυτή είναι η ένταση του μαγνητικού πεδίου.

Επιπλέον, η μαγνητική ροή αναφέρεται στον συνολικό αριθμό των γραμμών του μαγνητικού πεδίου που διεισδύουν σε μια περιοχή. Επιπλέον, η πυκνότητα της μαγνητικής ροής τείνει να μειώνεται με την αύξηση της απόστασης από ένα καλώδιο μεταφοράς ρεύματος ή μια ευθεία που συνδέει ένα ζεύγος μαγνητικών πόλων γύρω από τους οποίους το μαγνητικό πεδίο είναι σταθερό.

Η ένταση του μαγνητικού πεδίου αναφέρεται σε μια φυσική ποσότητα που χρησιμοποιείται ως ένα από τα βασικά μέτρα μέτρησης της έντασης του μαγνητικού πεδίου. Η μονάδα έντασης του μαγνητικού πεδίου συμβαίνει να είναι αμπέρ ανά μέτρο ή A/m.

Επιπλέον, το σύμβολο της έντασης του μαγνητικού πεδίου είναι «Η». Η ένταση του μαγνητικού πεδίου είναι ένα ποσοτικό μέτρο της ισχύος ή της αδυναμίας ενός μαγνητικού πεδίου. Επίσης, είναι η δύναμη που βιώνει μια μονάδα βόρειου πόλου ισχύος ενός weber σε ένα συγκεκριμένο σημείο του μαγνητικού πεδίου.

Όλοι οι μαγνήτες, ανεξάρτητα από το σχήμα τους, έχουν δύο περιοχές που ονομάζονται μαγνητικοί πόλοι με μαγνητισμό τόσο εντός όσο και γύρω από ένα μαγνητικό κύκλωμα που παράγει μια συγκεκριμένη αλυσίδα οργανωμένου και ισορροπημένου μοτίβου αόρατων γραμμών ροής γύρω του. Αυτές οι γραμμές ροής αναφέρονται συλλογικά ως «μαγνητικό πεδίο» του μαγνήτη. Το σχήμα αυτού του μαγνητικού πεδίου είναι πιο έντονο σε ορισμένα μέρη από άλλα με την περιοχή του μαγνήτη που έχει τον μεγαλύτερο μαγνητισμό να ονομάζεται «πόλος». Σε κάθε άκρο ενός μαγνήτη υπάρχει ένας πόλος.

Αυτές οι γραμμές ροής (που ονομάζονται διανυσματικά πεδία) δεν είναι ορατές με γυμνό μάτι, αλλά μπορούν να φανούν οπτικά χρησιμοποιώντας ρινίσματα σιδήρου πασπαλισμένα σε ένα φύλλο χαρτί ή χρησιμοποιώντας μια μικρή πυξίδα για να τα εντοπίσουν. Οι μαγνητικοί πόλοι εμφανίζονται πάντα σε ζεύγη, γι' αυτό υπάρχει πάντα μια περιοχή του μαγνήτη που ονομάζεται Βόρειος πόλος και επίσης, υπάρχει πάντα μια αντίθετη περιοχή που ονομάζεται Νότος πόλος.

Τα μαγνητικά πεδία εμφανίζονται πάντα οπτικά ως δυναμικές γραμμές που δίνουν έναν συγκεκριμένο πόλο σε κάθε άκρο του υλικού όπου οι γραμμές ροής είναι πιο πυκνές και συγκεντρωμένες. Οι γραμμές που συνθέτουν ένα μαγνητικό πεδίο που δείχνει την κατεύθυνση και την ένταση ονομάζονται δυναμικές γραμμές ή συνηθέστερα «Μαγνητική Ροή» και έχουν το ελληνικό σύμβολο, (Φ).

Πυκνότητα μαγνητικής ροής Β

Η πυκνότητα ροής είναι ο αριθμός των γραμμών μαγνητικού πεδίου που διέρχονται από ένα συγκεκριμένο σημείο σε μια επιφάνεια. Η μονάδα μέτρησης στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) είναι το T (tesla), η οποία είναι ίση με weber ανά τετραγωνικό μέτρο (Wb/m² ). Η μονάδα μέτρησης στο σύστημα CGS είναι G (gauss). Όπου1 tesla ισούται με 10.000 gauss.

Σε οποιοδήποτε δεδομένο σημείο ενός μαγνητικού πεδίου, μπορείτε να δείτε την πυκνότητα της μαγνητικής ροής ως ένα διάνυσμα στην κατεύθυνση του πεδίου με μέγεθος ίσο με τη δύναμη Lorentz που βιώνει ένα ηλεκτρικό σύρμα όταν είναι κάθετα   προσανατολισμένο στις γραμμές του πεδίου.

Όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα ροής, τόσο ισχυρότερος είναι ο μαγνήτης σε αυτό το σημείο και επομένως τόσο καλύτερα μπορεί να συγκρατήσει σωματίδια σιδήρου σε εκείνο το σημείο.

Ο βρόχος υστέρησης, δείχνει τη συμπεριφορά ενός σιδηρομαγνητικού πυρήνα γραφικά καθώς η σχέση μεταξύ Β και Η είναι μη γραμμική. Ξεκινώντας με έναν μη μαγνητισμένο πυρήνα τόσο το Β όσο και το Η θα είναι στο μηδέν, που είναι το σημείο 0 στην καμπύλη μαγνήτισης. Εάν το ρεύμα μαγνήτισης, i αυξάνεται προς μια θετική κατεύθυνση σε κάποια τιμή, η δύναμη του μαγνητικού πεδίου Η αυξάνεται γραμμικά με το i και η πυκνότητα ροής Β θα αυξηθεί επίσης, όπως φαίνεται από την καμπύλη από το σημείο 0 στο σημείο α καθώς κατευθύνεται προς τον κορεσμό. Τώρα αν το ρεύμα μαγνήτισης στο πηνίο μειωθεί στο μηδέν, το μαγνητικό πεδίο που κυκλοφορεί γύρω από τον πυρήνα μειώνεται επίσης στο μηδέν. Ωστόσο, η μαγνητική ροή των πηνίων δεν θα φτάσει στο μηδέν λόγω του υπολειπόμενου μαγνητισμού που υπάρχει μέσα στον πυρήνα και αυτό φαίνεται στην καμπύλη από το σημείο a στο σημείο b. Για να μειώσουμε την πυκνότητα ροής στο σημείο b στο μηδέν πρέπει να αντιστρέψουμε το ρεύμα που ρέει μέσω του πηνίου. Η δύναμη μαγνήτισης που πρέπει να εφαρμοστεί για να μηδενίσει την υπολειπόμενη πυκνότητα ροής ονομάζεται «δύναμη συνεκτικού πεδίου». Αυτή η αναγκαστική δύναμη αντιστρέφει το μαγνητικό πεδίο που αναδιατάσσει τους μοριακούς μαγνήτες μέχρι ο πυρήνας να απομαγνητιστεί στο σημείο c. Η αύξηση αυτού του αντίστροφου ρεύματος προκαλεί τον μαγνητισμό του πυρήνα προς την αντίθετη κατεύθυνση και η περαιτέρω αύξηση αυτού του ρεύματος μαγνήτισης θα αναγκάσει τον πυρήνα να φτάσει στο σημείο κορεσμού του, αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση, το σημείο d στην καμπύλη. Αυτό το σημείο είναι συμμετρικό με το σημείο b. Εάν το ρεύμα μαγνήτισης μειωθεί ξανά στο μηδέν, ο υπόλοιπος μαγνητισμός που υπάρχει στον πυρήνα θα είναι ίσος με την προηγούμενη τιμή αλλά αντίστροφα στο σημείο e. Αντιστρέφοντας πάλι το ρεύμα μαγνήτισης που ρέει μέσα από το πηνίο αυτή τη φορά σε θετική κατεύθυνση, η μαγνητική ροή θα φτάσει στο μηδέν, το σημείο f στην καμπύλη και όπως προηγουμένως η αύξηση του ρεύματος μαγνήτισης σε θετική κατεύθυνση θα προκαλέσει τον πυρήνα να φτάσει στον κορεσμό στο σημείο ένα. Στη συνέχεια, η καμπύλη BH ακολουθεί τη διαδρομή του a-b-c-d-e-f-a καθώς το ρεύμα μαγνήτισης που ρέει μέσω του πηνίου εναλλάσσεται μεταξύ θετικής και αρνητικής τιμής, όπως ο κύκλος μιας τάσης AC. Αυτή η διαδρομή ονομάζεται Βρόχος Υστέρησης.

Η επίδραση της μαγνητικής υστέρησης δείχνει ότι η διαδικασία μαγνήτισης ενός σιδηρομαγνητικού πυρήνα και συνεπώς η πυκνότητα ροής, εξαρτάται από το ποιο τμήμα της καμπύλης μαγνητίζεται ο σιδηρομαγνητικός πυρήνας καθώς αυτό εξαρτάται από τα κυκλώματα που προηγήθηκαν και που δίνουν στον πυρήνα μια μορφή "μνήμης". Στη συνέχεια, τα σιδηρομαγνητικά υλικά έχουν μνήμη επειδή παραμένουν μαγνητισμένα ακόμη και όταν αφαιρεθεί το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Ωστόσο, τα μαλακά σιδηρομαγνητικά υλικά όπως ο σίδηρος ή ο χάλυβας πυριτίου έχουν πολύ στενούς βρόχους μαγνητικής υστέρησης με αποτέλεσμα πολύ μικρές ποσότητες υπολειπόμενου μαγνητισμού να τα καθιστούν ιδανικά για χρήση σε ρελέ, σωληνοειδή και μετασχηματιστές καθώς μπορούν εύκολα να μαγνητιστούν και να απομαγνητιστούν. Δεδομένου ότι πρέπει να εφαρμοστεί μια δύναμη συνεκτικού πεδίου για να ξεπεραστεί αυτός ο υπολειπόμενος μαγνητισμός, πρέπει να γίνει κλείσιμο του βρόχου υστέρησης, με την ενέργεια που χρησιμοποιείται να διαχέεται ως θερμότητα στο μαγνητικό υλικό. Αυτή η θερμότητα είναι γνωστή ως απώλεια υστέρησης και η ποσότητα της απώλειας εξαρτάται από την τιμή του υλικού της δύναμης του συνεκτικού πεδίου. Τοποθετώντας πρόσθετα στο σιδερένιο μέταλλο όπως το πυρίτιο, μπορούν να κατασκευαστούν υλικά με πολύ μικρή δύναμη συνεκτικού πεδίου που έχουν πολύ στενό βρόχο υστέρησης. Υλικά με στενούς βρόχους υστέρησης μαγνητίζονται και απομαγνητίζονται εύκολα και είναι γνωστά ως μαλακά μαγνητικά υλικά.

Η μαγνητική ροπή είναι η μαγνητική δύναμη και ο προσανατολισμός ενός μαγνήτη ή άλλου αντικειμένου που παράγει μαγνητικό πεδίο. Όλα έχουν μαγνητικές ροπές, όπως: βρόχοι ηλεκτρικού ρεύματος (όπως ηλεκτρομαγνήτες), μόνιμοι μαγνήτες, κινούμενα στοιχειώδη σωματίδια (όπως ηλεκτρόνια), άτομα, διάφορα οργανικά και ανόργανα μόρια, κύτταρα, θηλαστικά, [κάθε αστρονομικό αντικείμενο (όπως πλανήτες, φεγγάρια, αστέρια και όλες οι άλλες κλασματικές εκφράσεις της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας).

Πιο συγκεκριμένα, ο όρος μαγνητική ροπή συνήθως αναφέρεται στη μαγνητική διπολική ροπή ενός συστήματος, το συστατικό της μαγνητικής ροπής που μπορεί να αναπαρασταθεί από ένα ισοδύναμο μαγνητικό δίπολο: έναν μαγνητικό βόρειο και νότιο πόλο που χωρίζεται με πολύ μικρή απόσταση. Το το συστατικό της μαγνητικής διπολικής ροπής είναι αρκετό για αρκετά μικρούς μαγνήτες ή για αρκετά μεγάλες αποστάσεις. Όροι υψηλότερης τάξης (όπως η μαγνητική τετραπολική ροπή) μπορεί να χρειάζονται επιπλέον της διπολικής ροπής για εκτεταμένα αντικείμενα.

Η μαγνητική διπολική ροπή ενός αντικειμένου ορίζεται εύκολα από την άποψη της ροπής που βιώνει το αντικείμενο σε ένα δεδομένο μαγνητικό πεδίο. Το ίδιο εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί μεγαλύτερες ροπές σε αντικείμενα με μεγαλύτερες μαγνητικές ροπές. Η ισχύς (και η κατεύθυνση) αυτής της ροπής εξαρτάται όχι μόνο από το μέγεθος της μαγνητικής ροπής αλλά και από τον προσανατολισμό της σε σχέση με την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Η μαγνητική ροπή μπορεί επομένως να θεωρηθεί ως διάνυσμα. Η κατεύθυνση της μαγνητικής ροπής δείχνει από το νότιο προς τον βόρειο πόλο του μαγνήτη (μέσα στον μαγνήτη).

Το μαγνητικό πεδίο ενός μαγνητικού δίπολου είναι ανάλογο με τη μαγνητική διπολική ροπή του. Το διπολικό συστατικό του μαγνητικού πεδίου ενός αντικειμένου είναι συμμετρικό ως προς την κατεύθυνση της μαγνητικής διπολικής ροπής του και μειώνεται αντιστρόφως ανάλογα με τον κύβο της απόστασης από το αντικείμενο.

Η μαγνητική διαπερατότητα, εκφράζει τη σχετική αύξηση ή μείωση του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται μέσα σε ένα υλικό, σε σύγκριση με το πεδίο μαγνήτισης στο οποίο βρίσκεται το δεδομένο υλικό. ή την ιδιότητα ενός υλικού που είναι ίση με την πυκνότητα μαγνητικής ροής Β που καθορίζεται μέσα στο υλικό με ένα πεδίο μαγνήτισης διαιρούμενο με την ισχύ μαγνητικού πεδίου Η του μαγνητιζόμενου πεδίου. Η μαγνητική διαπερατότητα μ (ελληνικά mu) ορίζεται ως μ = B/H. Η πυκνότητα μαγνητικής ροής Β είναι ένα μέτρο του πραγματικού μαγνητικού πεδίου εντός ενός υλικού που θεωρείται ως συγκέντρωση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου ή της ροής, ανά μονάδα εμβαδού διατομής. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου H είναι ένα μέτρο του πεδίου μαγνήτισης που παράγεται από τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα πηνίο σύρματος.

Σε κενό ή ελεύθερο χώρο, η πυκνότητα της μαγνητικής ροής είναι η ίδια με το πεδίο μαγνήτισης, διότι δεν υπάρχει ύλη για την τροποποίηση του πεδίου. Σε μονάδες εκατοστού -γραμμαρίου -δευτερολέπτου (cgs), η διαπερατότητα Β/Η του χώρου είναι χωρίς διαστάσεις και έχει τιμή 1. Σε μονάδες μέτρου -κιλού -δευτερολέπτου (mks) και SI, οι Β και Η έχουν διαφορετικές διαστάσεις και η διαπερατότητα του ελεύθερου χώρου (συμβολίζεται μ₀) ορίστηκε ως ίση με 4π × 10^-7 weber ανά αμπέρ -μέτρο, έτσι ώστε η μονάδα mks ηλεκτρικού ρεύματος να είναι η ίδια με την πρακτική μονάδα, το ampere. Με τον επαναπροσδιορισμό του ampere το 2019, το μ₀ δεν είναι πλέον ίσο με 4π × 10^-7 weber ανά αμπέρ -μέτρο και πρέπει να προσδιοριστεί πειραματικά. (Ωστόσο, [μ₀ /4π × 10^-7] είναι 1.00000000055, ακόμη πολύ κοντά στην προηγούμενη τιμή του). Σε αυτά τα συστήματα η διαπερατότητα, Β/Η, ονομάζεται απόλυτη διαπερατότητα μ του μέσου. Η σχετική διαπερατότητα μ_r ορίζεται στη συνέχεια ως ο λόγος μ/μ₀, ο οποίος είναι χωρίς διαστάσεις. Έτσι, η σχετική διαπερατότητα του ελεύθερου χώρου ή του κενού είναι 1.

Τα υλικά μπορούν να ταξινομηθούν μαγνητικά με βάση τη διαπερατότητά τους. Ένα διαμαγνητικό υλικό έχει σταθερή σχετική διαπερατότητα ελαφρώς μικρότερη από 1. Όταν ένα διαμαγνητικό υλικό, όπως το βισμούθιο, τοποθετηθεί σε μαγνητικό πεδίο, το εξωτερικό πεδίο αποβάλλεται εν μέρει και η πυκνότητα μαγνητικής ροής μέσα του ελαττώνεται ελαφρώς. Ένα παραμαγνητικό υλικό έχει σταθερή σχετική διαπερατότητα λίγο περισσότερο από 1. Όταν ένα παραμαγνητικό υλικό, όπως η πλατίνα, τοποθετηθεί σε μαγνητικό πεδίο, μαγνητίζεται ελαφρώς προς την κατεύθυνση του εξωτερικού πεδίου. Ένα σιδηρομαγνητικό υλικό, όπως ο σίδηρος, δεν έχει σταθερή σχετική διαπερατότητα. Καθώς το μαγνητικό πεδίο αυξάνεται, η σχετική διαπερατότητα αυξάνεται, φτάνει στο μέγιστο και στη συνέχεια μειώνεται. Ο καθαρός σίδηρος και πολλά μαγνητικά κράματα έχουν μέγιστη σχετική διαπερατότητα 100.000 ή και παρπάνω.