Weber
Származtatott SI-egység · mennyiség: mágneses fluxus
01 · Meghatározás
Egy weber az a fluxus, amely egy másodperc alatt eltűnve egy menetben egy voltot indukál. A változáson át adott meghatározás nem véletlen: maga a mágneses fluxus semmit sem teremt, egyedül a változása dolgozik. Ezen áll az egész energetika — a generátor, a transzformátor, az indukciós főzőlap. A fluxus az indukció szorozva a felülettel: egy tesla négyzetméterenként éppen egy weber.
Innen a különbség a weber és a tesla között, amelyet a leggyakrabban összekevernek. A tesla fluxussűrűség, fluxus négyzetméterenként; a weber a teljes fluxus egy kontúron át, egészében. Egy erős neodímium mágnes a felületén egy teslánál többet ad, de a fluxus a kis keresztmetszetén át a weber századrésze. Egy egész weber összegyűjtéséhez vagy nagy felület kell, vagy erős tér: egy négyzetméteres hurok a Föld terében mindössze ötven mikrowebert fog be.
Két hurok egy és ugyanabban az egyenletes térben ugyanazt az indukciót látja teslában, de más fluxust weberben: az a felülettel arányos. Ebből következik a generátorok tervezési szabálya is: az elektromotoros erőt vagy a tér erősítésével, vagy a hurok szélesítésével, vagy menetek hozzáadásával, vagy gyorsabb forgatással lehet növelni. Az elsőt a vas telítése korlátozza két tesla körül, a másodikat és a harmadikat a tekercs mérete és ellenállása, ezért az ipari gépek a negyedikbe ütköznek, és nagy fordulaton járnak.
02 · Átszámítás
Adjon meg egy fluxust — az adatlap szétbontja egységekre
A maxwell a fluxus egysége a CGS-rendszerben, százmilliószor kisebb a webernél. Az elektromos gépekről szóló régi irodalomban minden számítás maxwellben és gaussban megy; a weberre és a teslára való áttérés csak az 1960-as években történt meg. A mérnökök szó szerint számolták az erővonalakat a rajzon: egy vonal, egy maxwell. Innen ered a „vonalak fluxusa” kifejezés is.
A transzformátorban a fluxus szabja meg a méretet: minél több voltszekundumot kell a magnak elviselnie, annál nagyobb a keresztmetszete. Innen a szabály, amelyet minden tervező ismer: egy ötven hertzes hálózati transzformátor kétszer akkora, mint egy ugyanolyan teljesítményű száz hertzes, míg egy száz kilohertzes kapcsolóüzemű tápegység elboldogul egy körömnyi ferritgyűrűvel. A keresztmetszetet csak a frekvencia emelésével lehet csökkenteni — különben a vas telítésbe megy, a fluxus nem nő tovább az árammal, és a tekercs leég.
| Egység | Név | Érték | Hol fordul elő |
|---|---|---|---|
| Wb | weber, SI-egység | 1 | ennek az adatlapnak a kiindulási egysége |
| mWb | milliweber | 1000 | a mágneses számítások munkaelőtagja |
| µWb | mikroweber | 1000000 | alatta kezdődik a SQUID-ek földje |
| nWb | nanoweber | 10⁹ | itt egy webermérő még biztosan dolgozik |
| V·s | voltszekundum | 1 | ugyanaz más szóval: a weber a voltszekundum |
| T·m² | tesla m²-enként | 1 | az írásmód helyes, de 1960 óta a mennyiségnek saját neve van |
| Φ₀ | fluxuskvantum | 4,836·10¹⁴ | h/2e — a 2019-es meghatározás szerint pontos érték |
| Mx | maxwell, CGS | 10⁸ | pontosan százmillió egy weberben |
| kMx | kilomaxwell | 100000 | kényelmes többszörös gépszámításokhoz |
| G·cm² | gauss cm²-enként | 10⁸ | ugyanaz, mint a maxwell: egy vonal egy négyzetcentiméteren |
| line | erővonal | 10⁸ | a mérnökök egyenként számolták a rajz vonalait |
| Wb | weber | 1 | ennek az adatlapnak a kiindulási egysége |
A weber a mágneses hármas közepe: ossza el felülettel, és megkapja a teslát, ossza el árammal a henryt, ossza el idővel a voltot
03 · Nagyságrendek
a fluxuskvantumtól egy gyorsító mágneséigEgy weber: egy nagy gép, vagy egy erős mágnes nagy felülettel
04 · Mérőeszközök
Mivel mérik a mágneses fluxust
Nagy tehetetlenségi nyomatékú lengőkeret: az impulzus alatt nem ér rá elfordulni, ezért az első kitérés az egész átment töltéssel arányos, az pedig a fluxus változásával. A mágneses laboratóriumok klasszikus műszere, amelyet az elektronikus integrátorok csak a hetvenes évekre szorítottak ki.
Elektronikus integrátor: időben összegzi a mérőtekercs feszültségét, és rögtön voltszekundumot ad. Fő baja a nullsodródás: az integrátor az erősítő saját eltolódását is gyűjti, ezért egy mérés nullázással kezdődik, és néhány másodpercbe fér.
Ismert felületű meneteket helyeznek a térbe, és rántással kihúzzák, vagy száznyolcvan fokkal elfordítják. Az integrált feszültségimpulzus megadja a teljes fluxust, amely rajtuk áthaladt — a legközvetlenebb módja annak, hogy a webert magából az egység meghatározásából mérjék meg.
Szupravezető gyűrű két Josephson-átmenettel: a rajta áthaladó fluxus csak két femtoweber és egy kevés nagyságú adagokban változhat, és a műszer ezeket az adagokat számolja. A legérzékenyebb magnetométer, ami létezik — befogja egy dolgozó agy mágneses terét.
05 · Írásszabályok
Wb — két betű, és a második kicsi
A jelet egy darabban írjuk, és az előtag az egész elé kerül: mWb, µWb. Egy magányos nagy W mellette a watt, egészen más mennyiség. A fluxust a görög Φ betűvel jelölik, változását pedig dΦ-vel; az indukció képleteiben a mínuszjel kötelező, a Lenz-szabályt fejezi ki.
A tekercsfluxus — a fluxus szorozva a menetek számával — ugyanabban a weberben mérik, de Ψ-vel jelölik. A tekercsszámításokban Φ-t és Ψ-t nem szabad összekeverni: a különbség százszorosokra rúg. Az orosz jel Вб. A „weber négyzetméterenként” írásmód műszakilag helyes és egyenlő a teslával, de nem szabad használni: 1960 óta ennek a mennyiségnek saját neve van.
06 · Szomszédos egységek
A weber a mágnesességet az elektromossághoz köti: felülettel osztva a teslát adja, árammal osztva a henryt, idő szerint deriválva a voltot.
weber négyzetméterenként
mágneses fluxus
weber amperenként
A Simetrium adatlapjai közül a weberhez csatlakozik tesla ugyanannak a fluxusnak a sűrűségeként, henry az induktivitás meghatározásából, volt s egy másodperccel, amelyeknek szorzata, valamint maxwell és gauss — elődeik a CGS-rendszerben.
07 · Történeti rész
Miben mérték a fluxust a weber előtt
Faraday két tekercselést csavart egy vasgyűrűre, és észrevette, hogy a galvanométer mutatója csak az áram be- és kikapcsolásának pillanatában rándult meg. Az állandó tér semmit sem ad — egyedül a változása dolgozik.
Weber Gauss-szal együtt megépítette az első elektromágneses távírót, és elsőként vezette vissza az elektromos méréseket mechanikaiakra. A mágneses fluxus egysége az ő nevét viseli.
A Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság a fluxus gyakorlati egységét webernek nevezte el, amely a maxwell tízhatvány-többszöröse. Az Általános Konferencia a volttal, az amperrel és a többi elektromos egységgel együtt vezette be a rendszerbe.
Deaver és Fairbank a Stanfordon, és ugyanakkor Doll és Näbauer Münchenben megmérte a fluxust egy szupravezető hengerben, és egy alapvető adag többszörösének találta. A nevezőben álló kettes megerősítette, hogy a töltést elektronpárok viszik.
A fluxust nem lehet tetszőleges részekre önteni — a természet adagokban méri ki
A mágneses fluxus nem adja meg magát a közvetlen mérésnek: bármely műszer nem magára a fluxusra válaszol, hanem annak változására. Ezért a fluxust vagy hirtelen megszakítják a tekercs kirántásával, vagy megfordítják a tekercset, vagy eloltják az áramot a tekercselésben, majd integrálják a keletkező feszültségimpulzust. Az ilyen mérés abszolút pontosságát az integrátor sodródása és a menetek felületének ismerete korlátozza, és ritkán jobb egy tizedszázaléknál. A fluxus kvantálása megváltoztatta a képet: egy szupravezető gyűrűben a fluxus csak olyan értékeket vehet fel, amelyek a Φ₀ = h/2e többszörösei, és ez az adag pontosan ismert, mivel a Planck-állandót és az elektron töltését 2019 óta számok rögzítik. Egy SQUID, amely ilyen adagokat számol, egymilliomod kvantumnyi fluxusváltozást is megkülönböztet — olyan érzékenység, amely lehetővé teszi a szív mágneses terének felvételét a mellkason át, az agyét pedig a koponyán át. Maga a kvantum eközben elenyészően kicsi: hogy egyetlen weber összejöjjön, csaknem ötszázbillió kell belőle.
Katalógus · mértékegységek
Minden mennyiségnek egy adatlap
Az SI hét alapegysége, huszonkét saját nevű származtatott egység és a rendszeren kívüli egységek, amelyek nélkül sem a technika, sem a hétköznapok nem boldogulnak. Mindegyiknek külön lapja van: meghatározás, átszámítás, eszközök, írásszabályok. 32 nyelven.
Saját nevű SI-származtatott egységek
a weber adatlapja nyitvaAz SI alapegységei
terrakottával — az a négy egység, amelyből a weber összeállA mágneses fluxus más rendszerekben
Az adatlap nyelve
32 nyelv. A Wb jel nemzetközi, a maxwellben mérés szokása azonban egyenetlenül tartja magát: a mágneses anyagokról szóló orosz és japán irodalomban a CGS-egységek máig előfordulnak.