Weber
Unidad derivada del SI · magnitud: flujo magnético
01 · Definición
Un weber es el flujo cuya desaparición en un segundo induce un voltio en una espira. La definición por la variación no es casual: el flujo magnético por sí mismo no crea nada, solo trabaja su cambio. Sobre esto descansa toda la energética — el generador, el transformador, la placa de inducción. El flujo es la inducción multiplicada por el área: un tesla por metro cuadrado es justamente un weber.
De ahí la diferencia entre el weber y el tesla, la que más a menudo se confunde. El tesla es densidad de flujo, flujo por metro cuadrado; el weber es todo el flujo a través de un contorno entero. Un imán de neodimio potente da más de un tesla en su superficie, pero el flujo a través de su pequeña sección es de centésimas de weber. Para reunir un weber entero hace falta o bien un área grande, o bien un campo fuerte: una espira de un metro cuadrado en el campo terrestre atrapa solo cincuenta microwebers.
Dos espiras en un mismo campo uniforme ven la misma inducción en tesla, pero un flujo distinto en webers: es proporcional al área. De ahí se sigue también la regla de proyecto de los generadores: la f.e.m. puede aumentarse reforzando el campo, ensanchando la espira, añadiendo vueltas o girando más deprisa. Lo primero lo limita la saturación del hierro cerca de dos tesla, lo segundo y lo tercero el tamaño y la resistencia del devanado, por eso las máquinas industriales chocan con lo cuarto y trabajan a altas revoluciones.
02 · Conversión
Introduzca un flujo — la ficha lo desglosará por unidades
El maxwell es la unidad de flujo del sistema CGS, cien millones de veces menor que el weber. En la literatura antigua sobre máquinas eléctricas todos los cálculos van en maxwells y gauss; el paso al weber y al tesla no se produjo hasta los años sesenta. Los ingenieros contaban literalmente las líneas de fuerza en el plano: una línea, un maxwell. De ahí viene la expresión «flujo de líneas».
En un transformador el flujo fija el tamaño: cuantos más voltios-segundo deba soportar el núcleo, mayor será su sección. De ahí la regla familiar a cualquier proyectista: un transformador de red a cincuenta hercios es el doble de voluminoso que otro de igual potencia a cien hercios, mientras que una fuente conmutada a cien kilohercios se arregla con un anillo de ferrita del tamaño de una uña. La sección solo puede reducirse elevando la frecuencia — de lo contrario el hierro entra en saturación, el flujo deja de crecer con la corriente y el devanado se quema.
| Unidad | Nombre | Valor | Dónde se encuentra |
|---|---|---|---|
| Wb | weber, unidad del SI | 1 | la unidad de partida de esta ficha |
| mWb | miliweber | 1000 | el prefijo de trabajo de los cálculos magnéticos |
| µWb | microweber | 1000000 | por debajo empieza el país de los SQUID |
| nWb | nanoweber | 10⁹ | aquí un weberímetro todavía trabaja con seguridad |
| V·s | voltio-segundo | 1 | lo mismo dicho de otro modo: el weber es el voltio-segundo |
| T·m² | tesla por m² | 1 | la escritura es correcta, pero desde 1960 la magnitud tiene nombre propio |
| Φ₀ | cuanto de flujo | 4,836·10¹⁴ | h/2e — un valor exacto según la definición de 2019 |
| Mx | maxwell, CGS | 10⁸ | exactamente cien millones en un weber |
| kMx | kilomaxwell | 100000 | un múltiplo cómodo para los cálculos de máquinas |
| G·cm² | gauss por cm² | 10⁸ | lo mismo que el maxwell: una línea en un centímetro cuadrado |
| line | línea de fuerza | 10⁸ | los ingenieros contaban las líneas del plano una a una |
| Wb | weber | 1 | la unidad de partida de esta ficha |
El weber es el centro del trío magnético: divida por el área y obtendrá el tesla, divida por la corriente el henrio, divida por el tiempo el voltio
03 · Órdenes de magnitud
del cuanto de flujo al imán de un aceleradorUn weber: una máquina grande, o un imán potente de gran área
04 · Instrumentos de medida
Con qué se mide el flujo magnético
Un cuadro móvil de gran momento de inercia: durante el impulso no le da tiempo a girar, así que la primera desviación es proporcional a toda la carga que ha pasado, y esta a la variación del flujo. El aparato clásico de los laboratorios magnéticos, desplazado por los integradores electrónicos solo hacia los años setenta.
Un integrador electrónico: suma en el tiempo la tensión de la bobina de medida y da al punto voltios-segundo. Su principal mal es la deriva del cero: el integrador acumula también el desplazamiento propio del amplificador, por eso una medida empieza con una puesta a cero y se ciñe a unos pocos segundos.
Se colocan en el campo espiras de área conocida y se sacan de golpe, o se giran ciento ochenta grados. El impulso de tensión integrado da todo el flujo que las atravesaba — el modo más directo de medir el weber a partir de la definición misma de la unidad.
Un anillo superconductor con dos uniones Josephson: el flujo que lo atraviesa solo puede variar en porciones de dos femtowebers y algo, y el aparato cuenta esas porciones. El magnetómetro más sensible que existe — capta el campo magnético de un cerebro en actividad.
05 · Reglas de escritura
Wb — dos letras, y la segunda minúscula
El símbolo se escribe de una pieza, y el prefijo se pone delante de todo él: mWb, µWb. Una sola W mayúscula al lado es el vatio, una magnitud muy distinta. El flujo se denota con la letra griega Φ, y su variación con dΦ; en las fórmulas de la inducción el signo menos es obligatorio, expresa la regla de Lenz.
El flujo concatenado — el flujo multiplicado por el número de espiras — se mide en los mismos webers pero se denota Ψ. En los cálculos de bobinas no se pueden confundir Φ y Ψ: la diferencia llega a centenares de veces. El símbolo ruso es Вб. La escritura «weber por metro cuadrado» es técnicamente correcta y equivale al tesla, pero no conviene usarla: desde 1960 esa magnitud tiene nombre propio.
06 · Unidades vecinas
El weber enlaza el magnetismo con la electricidad: dividido por el área da el tesla, dividido por la corriente el henrio, derivado respecto al tiempo el voltio.
weber por metro cuadrado
flujo magnético
weber por amperio
De las fichas de Simetrium lindan con el weber tesla como densidad de ese mismo flujo, henrio de la definición de la inductancia, voltio s un segundo, cuyo producto es, así como maxwell y gauss — sus predecesores en el sistema CGS.
07 · Sección histórica
En qué se medía el flujo antes del weber
Faraday devanó dos bobinados sobre un anillo de hierro y advirtió que la aguja del galvanómetro solo daba un tirón en el instante de conectar y desconectar la corriente. Un campo constante no da nada — solo trabaja su cambio.
Weber, junto con Gauss, construyó el primer telégrafo electromagnético y fue el primero en reducir las medidas eléctricas a mecánicas. La unidad de flujo magnético lleva su nombre.
La Comisión Electrotécnica Internacional llamó weber a la unidad práctica de flujo, múltiplo del maxwell por una potencia de diez. La Conferencia General la introdujo en el sistema junto con el voltio, el amperio y las demás unidades eléctricas.
Deaver y Fairbank en Stanford y, a la vez, Doll y Näbauer en Múnich midieron el flujo en un cilindro superconductor y lo hallaron múltiplo de una porción fundamental. El dos del denominador confirmó que la carga la transportan pares de electrones.
El flujo no se puede verter en fracciones cualesquiera — la naturaleza lo mide por porciones
El flujo magnético no se presta a la medida directa: cualquier aparato responde no al flujo mismo, sino a su variación. Por eso el flujo o bien se corta de golpe sacando la bobina, o se le da la vuelta, o se apaga la corriente del devanado, y luego se integra el impulso de tensión que ha surgido. La exactitud absoluta de tal medida está limitada por la deriva del integrador y por el conocimiento del área de las espiras, y rara vez es mejor que una décima de por ciento. La cuantificación del flujo cambió el cuadro: en un anillo superconductor el flujo solo puede tomar valores múltiplos de Φ₀ = h/2e, y esa porción se conoce con exactitud, puesto que la constante de Planck y la carga del electrón están fijadas por números desde 2019. Un SQUID que cuenta tales porciones distingue una variación de flujo de una millonésima de cuanto — una sensibilidad que permite registrar el campo magnético del corazón a través del tórax y el del cerebro a través del cráneo. El cuanto en sí es, con todo, ínfimo: para reunir un weber hacen falta casi quinientos billones de ellos.
Catálogo · unidades de medida
Una ficha para cada magnitud
Siete unidades básicas del SI, veintidós derivadas con nombre propio y las unidades ajenas al sistema sin las que no se apañan ni la técnica ni la vida diaria. Cada una, una hoja aparte: definición, conversión, instrumentos, reglas de escritura. En 23 idiomas.
Unidades derivadas del SI con nombre propio
ficha del weber abiertaUnidades básicas del SI
en terracota — las cuatro unidades de las que se compone el weberEl flujo magnético en otros sistemas
Idioma de la ficha
23 idiomas. El símbolo Wb es internacional, pero la costumbre de medir en maxwells se mantiene de forma desigual: en la literatura rusa y japonesa sobre materiales magnéticos las unidades CGS se encuentran hasta hoy.