磁導率轉換器
滲透率轉換器
在 4 種不同類型的滲透率單位之間進行科學精確的轉換。磁導率 (H/m)、流體滲透率 (darcy)、氣體滲透率 (barrer) 和蒸氣滲透率 (perm) 測量的是根本不同的物理性質，不能在類型之間進行轉換。
什麼是滲透率？
滲透率測量某物穿過材料的難易程度，但這個簡單的定義隱藏了一個關鍵事實：物理學和工程學中有四種完全不同類型的滲透率，每種都測量不同的物理量。
四種滲透率類型
磁導率 (μ)
測量磁通量穿過材料的難易程度。將磁通量密度 (B) 與磁場強度 (H) 聯繫起來。
單位： H/m, μH/m, nH/m, 相對磁導率 (μᵣ)
公式： B = μ × H
應用： 電磁鐵、變壓器、磁屏蔽、電感器、MRI 機器
範例： 真空 (μᵣ = 1), 鐵 (μᵣ = 5,000), 坡莫合金 (μᵣ = 100,000)
流體滲透率 (k)
測量流體（油、水、氣）流過多孔介質（如岩石或土壤）的難易程度。對石油工程至關重要。
單位： 達西 (D), 毫達西 (mD), 奈達西 (nD), m²
公式： Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
應用： 油氣藏、地下水流動、土壤排水、岩石表徵
範例： 頁岩 (1-100 nD), 砂岩 (10-1000 mD), 礫石 (>10 D)
氣體滲透率 (P)
測量特定氣體穿過聚合物、薄膜或包裝材料的傳輸速度。用於包裝和薄膜科學。
單位： 巴勒 (barrer), GPU (氣體滲透單位), mol·m/(s·m²·Pa)
公式： P = (N × L) / (A × Δp × t)
應用： 食品包裝、氣體分離膜、保護塗層、太空衣
範例： HDPE (對 O₂ 為 0.5 barrer), 矽橡膠 (對 O₂ 為 600 barrer)
水蒸氣滲透率
測量濕氣穿過建築材料、織物或包裝的傳輸率。對濕氣控制和建築科學至關重要。
單位： perm, perm-inch, g/(Pa·s·m²)
公式： WVTR = 透濕性 × 蒸氣壓差
應用： 建築防潮層、透氣織物、濕氣管理、包裝
範例： 聚乙烯 (0.06 perm), 膠合板 (0.7 perm), 未上漆的石膏板 (20-50 perm)
快速事實
類型之間不能轉換
磁導率 (H/m) ≠ 流體滲透率 (darcy) ≠ 氣體滲透率 (barrer) ≠ 蒸氣滲透率 (perm)。它們測量的是不同的物理現象！
極端範圍
流體滲透率跨越 21 個數量級：從緻密的頁岩 (10⁻⁹ darcy) 到礫石 (10¹² darcy)
單位名稱混淆
「滲透率」一詞用於所有四種類型，但它們是完全不同的量。務必指明是哪一種類型！
材料特定性
氣體滲透率取決於材料和氣體類型。對於同一種材料，氧氣滲透率 ≠ 氮氣滲透率！
磁導率 (μ)
磁導率描述材料如何響應磁場。它是磁通量密度 (B) 與磁場強度 (H) 的比率。
公式： B = μ × H = μ₀ × μᵣ × H
B = 磁通量密度 (T), H = 磁場強度 (A/m), μ = 磁導率 (H/m), μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m (自由空間), μᵣ = 相對磁導率 (無因次)
材料類別
| 類型 | 相對磁導率 | 範例 |
|---|---|---|
| 抗磁性 | μᵣ < 1 | 鉍 (0.999834), 銅 (0.999994), 水 (0.999991) |
| 順磁性 | 1 < μᵣ < 1.01 | 鋁 (1.000022), 鉑 (1.000265), 空氣 (1.0000004) |
| 鐵磁性 | μᵣ >> 1 | 鐵 (5,000), 鎳 (600), 坡莫合金 (100,000) |
流體滲透率 (Darcy)
流體滲透率測量流體流過多孔岩石或土壤的難易程度。達西是石油工程中的標準單位。
公式： Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Q = 流量 (m³/s), k = 滲透率 (m²), A = 橫截面積 (m²), ΔP = 壓力差 (Pa), μ = 流體黏度 (Pa·s), L = 長度 (m)
什麼是達西？
1 達西是允許 1 cm³/s 的流體（1 厘泊黏度）在 1 atm/cm 的壓力梯度下流過 1 cm² 橫截面的滲透率。
SI 等效： 1 達西 = 9.869233 × 10⁻¹³ m²
石油工程中的滲透率範圍
| 類別 | 滲透率 | 描述 | 範例： |
|---|---|---|---|
| 超緻密（頁岩） | 1-100 奈達西 (nD) | 需要水力壓裂才能進行經濟開採 | 巴肯頁岩、馬塞勒斯頁岩、鷹福特頁岩 |
| 緻密氣/油 | 0.001-1 毫達西 (mD) | 開採困難，需要增產措施 | 緻密砂岩、一些碳酸鹽岩 |
| 常規儲層 | 1-1000 毫達西 | 良好的油氣產能 | 大多數商業砂岩和碳酸鹽岩儲層 |
| 優質儲層 | 1-10 達西 | 優異的產能 | 高品質砂岩、裂縫性碳酸鹽岩 |
| 極高滲透性 | > 10 達西 | 非常高的流速 | 礫石、粗砂、高度裂縫的岩石 |
氣體滲透率 (Barrer)
氣體滲透率測量特定氣體穿過聚合物和薄膜的傳輸速度。巴勒是標準單位，以物理學家 Richard Barrer 的名字命名。
公式： P = (N × L) / (A × Δp × t)
P = 滲透率 (barrer), N = 傳輸的氣體量 (cm³ at STP), L = 材料厚度 (cm), A = 面積 (cm²), Δp = 壓力差 (cmHg), t = 時間 (s)
什麼是巴勒？
1 巴勒 = 10⁻¹⁰ cm³(STP)·cm/(s·cm²·cmHg)。它測量在標準溫度和壓力下，每單位時間、每單位面積、每單位壓力差下穿過單位厚度的氣體體積。
替代單位： 1 巴勒 = 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa)
範例： 矽橡膠: H₂ (550 barrer), O₂ (600 barrer), N₂ (280 barrer), CO₂ (3200 barrer)
應用
| 領域 | 應用 | 範例 |
|---|---|---|
| 食品包裝 | 低氧氣滲透率可保持新鮮度 | EVOH (0.05 barrer), PET (0.05-0.2 barrer) |
| 氣體分離 | 高滲透率可分離氣體 (O₂/N₂, CO₂/CH₄) | 矽橡膠、聚醯亞胺 |
| 醫療包裝 | 阻隔膜可防止濕氣/氧氣 | 泡罩包裝、藥瓶 |
| 輪胎內襯 | 低空氣滲透率可維持壓力 | 鹵化丁基橡膠 (30-40 barrer) |
水蒸氣滲透率 (Perm)
水蒸氣滲透率測量濕氣穿過材料的傳輸。這對建築科學至關重要，可防止發霉、冷凝和結構損壞。
公式： WVTR = 透濕性 × (p₁ - p₂)
WVTR = 水蒸氣傳輸速率, 透濕性 = 滲透率/厚度, p₁, p₂ = 兩側的蒸氣壓
什麼是 Perm？
US Perm： 1 perm (美國) = 1 grain/(h·ft²·inHg) = 5.72135 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²)
Metric Perm： 1 perm (公制) = 1 g/(Pa·s·m²) = 57.45 perm-inch (美國)
注意： Perm-inch 包含厚度；perm 是透濕性（已經除以厚度）
建築材料分類
| 類別 | 描述 | 範例： |
|---|---|---|
| 防潮層 (< 0.1 perm) | 幾乎阻擋所有濕氣傳輸 | 聚乙烯薄膜 (0.06 perm), 鋁箔 (0.0 perm), 乙烯基壁紙 (0.05 perm) |
| 防潮膜 (0.1-1 perm) | 顯著減緩濕氣，但不是完全阻擋 | 油性漆 (0.3 perm), 牛皮紙 (0.4 perm), 膠合板 (0.7 perm) |
| 半滲透性 (1-10 perm) | 允許部分濕氣傳輸 | 乳膠漆 (1-5 perm), OSB 板 (2 perm), 建築紙 (5 perm) |
| 滲透性 (> 10 perm) | 允許濕氣自由傳輸 | 未上漆的石膏板 (20-50 perm), 玻璃纖維絕緣材料 (>100 perm), 房屋包裹材料 (>50 perm) |
寒冷氣候： 在寒冷氣候中，防潮層應置於溫暖的（室內）一側，以防止室內濕氣在寒冷的牆體空腔中凝結。
炎熱潮濕氣候： 在濕熱氣候中，防潮層應置於外部，或使用可滲透的牆壁以允許雙向乾燥。
快速轉換表
磁導率
| 從 | 到 |
|---|---|
| 1 H/m | 1,000,000 μH/m |
| 1 H/m | 795,774.7 μᵣ |
| μ₀ (真空) | 1.257 × 10⁻⁶ H/m |
| μ₀ (真空) | 1.257 μH/m |
| μᵣ = 1000 (鐵) | 0.001257 H/m |
流體滲透率 (Darcy)
| 從 | 到 |
|---|---|
| 1 darcy | 1,000 毫達西 (mD) |
| 1 darcy | 9.869 × 10⁻¹³ m² |
| 1 毫達西 | 10⁻⁶ darcy |
| 1 奈達西 | 10⁻⁹ darcy |
| 1 m² | 1.013 × 10¹² darcy |
氣體滲透率
| 從 | 到 |
|---|---|
| 1 barrer | 10,000 GPU |
| 1 barrer | 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa) |
| 1 GPU | 10⁻⁴ barrer |
| 100 barrer | 良好的阻隔性 |
| > 1000 barrer | 阻隔性差（高滲透率） |
水蒸氣滲透率
| 從 | 到 |
|---|---|
| 1 perm (美國) | 5.72 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²) |
| 1 perm-inch | 1.459 × 10⁻¹² kg·m/(Pa·s·m²) |
| 1 perm (公制) | 57.45 perm-inch (美國) |
| < 0.1 perm | 防潮層 |
| > 10 perm | 水蒸氣可滲透 |
常見問題
我可以將達西轉換為巴勒或 perm 嗎？
不行！它們測量的是完全不同的物理性質。流體滲透率 (darcy)、氣體滲透率 (barrer)、蒸氣滲透率 (perm) 和磁導率 (H/m) 是四種不能相互轉換的獨立量。請使用轉換器中的類別過濾器。
為什麼氣體滲透率取決於氣體種類？
不同的氣體具有不同的分子大小和與材料的相互作用。H₂ 和 He 的滲透速度比 O₂ 或 N₂ 快。務必指明氣體：'O₂ 滲透率 = 0.5 barrer' 而不僅是 '滲透率 = 0.5 barrer'。
perm 和 perm-inch 有什麼區別？
Perm-inch 是滲透率（與厚度無關的材料屬性）。Perm 是透濕性（取決於厚度）。關係式：透濕性 = 滲透率/厚度。使用 perm-inch 來比較材料。
石油工程師如何使用達西？
儲層滲透率決定了油氣的流速。一個 100 mD 的儲層可能日產 500 桶；一個 1 mD 的緻密氣儲層需要水力壓裂。頁岩地層（1-100 nD）極其緻密。
為什麼相對磁導率 (μᵣ) 是無因次的？
它是一個比率，比較材料的磁導率與真空磁導率 (μ₀)。要獲得以 H/m 為單位的絕對磁導率：μ = μ₀ × μᵣ = 1.257×10⁻⁶ × μᵣ H/m。對於鐵 (μᵣ = 5000)，μ = 0.00628 H/m。
高滲透率總是好的嗎？
取決於應用！高達西對油井有利，但對封存不利。高巴勒對透氣織物有利，但對食品包裝不利。考慮您的工程目標：阻隔（低）或流動（高）。
什麼決定了建築防潮層的放置位置？
氣候！寒冷氣候需要在溫暖（室內）一側設置防潮層，以防止室內濕氣在冷牆中凝結。濕熱氣候需要在外部設置防潮層，或使用可滲透的牆壁以允許雙向乾燥。錯誤的放置會導致發霉和腐爛。
哪些材料具有最高/最低的滲透率？
磁性：超坡莫合金 (μᵣ~1M) vs 真空 (μᵣ=1)。流體：礫石 (>10 D) vs 頁岩 (1 nD)。氣體：矽膠 (對 CO₂ >3000 barrer) vs 金屬化薄膜 (0.001 barrer)。蒸氣：玻璃纖維 (>100 perm) vs 鋁箔 (0 perm)。