Weber
Avledet SI-enhet · størrelse: magnetisk fluks
01 · Definisjon
Én weber er den fluksen som, ved å forsvinne på ett sekund, induserer én volt i én vinding. Definisjonen gjennom endringen er ingen tilfeldighet: den magnetiske fluksen skaper i seg selv ingenting, det er bare endringen av den som arbeider. På dette hviler hele elektroteknikken — generatoren, transformatoren, induksjonstoppen. Fluksen er induksjonen ganger arealet: en tesla per kvadratmeter er nettopp en weber.
Herav forskjellen mellom weber og tesla, den man oftest forveksler. Teslaen er flukstetthet, fluks per kvadratmeter; weberen er hele fluksen gjennom en krets i sin helhet. En sterk neodymmagnet gir mer enn én tesla ved overflaten, men fluksen gjennom det lille tverrsnittet er hundredeler av en weber. For å få sammen en hel weber trengs enten et stort areal eller et sterkt felt: en sløyfe på en kvadratmeter fanger i jordas felt bare femti mikroweber.
To sløyfer i ett og samme jevne felt ser den samme induksjonen i tesla, men ulik fluks i weber: den er proporsjonal med arealet. Herav følger også regelen for konstruksjon av generatorer: emk-en kan heves ved å forsterke feltet, utvide sløyfen, legge til vindinger eller dreie raskere. Det første begrenses av jernets metning omkring to tesla, det andre og tredje av viklingens omfang og motstand, derfor støter industrielle maskiner på det fjerde og går med høyt turtall.
02 · Omregning
Skriv inn en fluks — databladet deler den opp etter enheter
Maxwellen er fluksenheten i CGS-systemet, hundre millioner ganger mindre enn weberen. I den gamle litteraturen om elektriske maskiner går alle beregninger i maxwell og gauss; overgangen til weberen og teslaen skjedde først på 1960-tallet. Ingeniørene talte bokstavelig kraftlinjene på tegningen: én linje, én maxwell. Derav også uttrykket «en fluks av linjer».
I en transformator bestemmer fluksen størrelsen: jo flere voltsekunder kjernen må tåle, desto større tverrsnitt. Derav regelen som enhver konstruktør kjenner: en nettransformator for femti hertz er dobbelt så stor som en tilsvarende for hundre hertz, mens en switchmodeforsyning ved hundre kilohertz klarer seg med en ferrittring på størrelse med en negl. Tverrsnittet kan bare gjøres mindre ved å heve frekvensen — ellers går jernet i metning, fluksen slutter å vokse med strømmen, og viklingen brenner opp.
| Enhet | Navn | Verdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|---|
| Wb | weber, SI-enhet | 1 | utgangsenheten for dette bladet |
| mWb | milliweber | 1000 | de magnetiske beregningenes arbeidsprefiks |
| µWb | mikroweber | 1000000 | under den begynner SQUID-enes land |
| nWb | nanoweber | 10⁹ | her arbeider et webermeter ennå med sikkerhet |
| V·s | voltsekund | 1 | det samme med andre ord: weberen er voltsekundet |
| T·m² | tesla per m² | 1 | skrivemåten er riktig, men siden 1960 har størrelsen sitt eget navn |
| Φ₀ | flukskvant | 4,836·10¹⁴ | h/2e — en verdi som er eksakt etter definisjonen fra 2019 |
| Mx | maxwell, CGS | 10⁸ | nøyaktig hundre millioner i en weber |
| kMx | kilomaxwell | 100000 | et hendig multiplum til maskinberegninger |
| G·cm² | gauss per cm² | 10⁸ | det samme som maxwellen: en linje på en kvadratcentimeter |
| line | kraftlinje | 10⁸ | ingeniørene talte linjene på tegningen én for én |
| Wb | weber | 1 | utgangsenheten for dette bladet |
Weberen er midten i den magnetiske trekløveren: del på arealet, så får du teslaen, del på strømmen henryen, del på tiden volten
03 · Størrelsesordener
fra flukskvantet til en akseleratormagnetÉn weber: en stor maskin, eller en sterk magnet med stort areal
04 · Måleinstrumenter
Hva man måler magnetisk fluks med
En dreiespole med stort treghetsmoment: under pulsen rekker den ikke å dreie seg, derfor er det første utslaget proporsjonalt med hele den ladningen som har passert, og denne med fluksens endring. Magnetlaboratorienes klassiske instrument, fortrengt av elektroniske integratorer først mot syttitallet.
En elektronisk integrator: den legger sammen målespolens spenning over tid og gir straks voltsekunder. Dens største plage er nulldriften: integratoren samler også forsterkerens egen offset, derfor begynner en måling med en nullstilling og holdes til noen få sekunder.
Vindinger med kjent areal føres inn i feltet og rykkes ut, eller vendes hundre og åtti grader. Den integrerte spenningspulsen gir hele den fluksen som gikk gjennom dem — den mest direkte måten å måle weberen rett ut av definisjonen av enheten.
En superledende ring med to josephsonoverganger: fluksen gjennom den kan bare endre seg i porsjoner på to femtoweber og litt til, og instrumentet teller disse porsjonene. Det mest følsomme magnetometeret som finnes — det fanger magnetfeltet fra en arbeidende hjerne.
05 · Skriveregler
Wb — to bokstaver, og den andre liten
Tegnet skrives i ett stykke, og et prefiks stilles foran det hele: mWb, µWb. En enkelt stor W ved siden av er watten, en helt annen størrelse. Fluksen betegnes med den greske bokstaven Φ, og endringen av den med dΦ; i induksjonens formler er minustegnet obligatorisk, det uttrykker Lenz’ lov.
Fluksbindingen — fluksen ganger antallet vindinger — måles i de samme weber, men betegnes Ψ. I spoleberegninger må Φ og Ψ ikke forveksles: forskjellen går opp i hundrevis av ganger. Det russiske tegnet er Вб. Skrivemåten «weber per kvadratmeter» er teknisk riktig og lik teslaen, men bør ikke brukes: siden 1960 har den størrelsen hatt sitt eget navn.
06 · Naboenheter
Weberen binder magnetismen til elektrisiteten: delt på arealet gir den teslaen, delt på strømmen henryen, derivert med hensyn til tiden volten.
weber per kvadratmeter
magnetisk fluks
weber per ampere
Blant databladene til Simetrium grenser til weberen tesla som tetthet av den samme fluksen, henry ut av induktansens definisjon, volt s ett sekund, som den er produktet av, samt maxwell og gauss — deres forgjengere i CGS-systemet.
07 · Historisk del
Hva man målte fluksen i før weberen
Faraday viklet to viklinger på en jernring og merket at galvanometerets viser rykket bare i det øyeblikket strømmen ble slått på og av. Et uforandret felt gir ingenting — det er bare endringen av det som arbeider.
Weber bygde sammen med Gauss den første elektromagnetiske telegrafen og var den første som førte de elektriske målingene tilbake på mekaniske. Enheten for magnetisk fluks bærer navnet hans.
Den internasjonale elektrotekniske kommisjonen kalte den praktiske fluksenheten weber, et timultiplum av maxwellen. Generalkonferansen førte den inn i systemet sammen med volten, amperen og de øvrige elektriske enhetene.
Deaver og Fairbank i Stanford og samtidig Doll og Näbauer i München målte fluksen i en superledende sylinder og fant den som et multiplum av en fundamental porsjon. Totallet i nevneren bekreftet at ladningen bæres av elektronpar.
Fluksen lar seg ikke helle opp i vilkårlige deler — naturen måler den ut i porsjoner
Magnetisk fluks lar seg ikke måle direkte: ethvert instrument reagerer ikke på fluksen selv, men på endringen av den. Derfor brytes fluksen enten brått ved at spolen rykkes ut, eller spolen vendes, eller strømmen i viklingen slukkes, og deretter integreres den spenningspulsen som oppstår. Den absolutte nøyaktigheten til en slik måling begrenses av integratorens drift og av kjennskapet til vindingenes areal, og er sjelden bedre enn en tidels prosent. Kvantiseringen av fluksen endret bildet: i en superledende ring kan fluksen bare anta verdier som er multipler av Φ₀ = h/2e, og den porsjonen er kjent nøyaktig, siden Plancks konstant og elektronets ladning siden 2019 er fastsatt med tall. En SQUID som teller slike porsjoner, skiller en fluksendring på en milliondel av et kvant — en følsomhet som gjør det mulig å tegne opp hjertets magnetfelt gjennom brystkassen og hjernens gjennom hodeskallen. Selve kvantet er samtidig forsvinnende lite: for å få sammen én weber trengs nesten fem hundre billioner av dem.
Katalog · måleenheter
Et datablad for hver størrelse
Sju SI-grunnenheter, tjueto avledede med egne navn og enhetene utenfor systemet som verken teknikken eller hverdagen klarer seg uten. Hver har sitt eget blad: definisjon, omregning, instrumenter, skriveregler. På 26 språk.
Avledede SI-enheter med eget navn
databladet for weberen er åpnetSI-grunnenheter
i terrakotta — de fire enhetene weberen bygges avMagnetisk fluks i andre systemer
Databladets språk
26 språk. Tegnet Wb er internasjonalt, men vanen med å måle i maxwell holder seg ujevnt: i russisk og japansk litteratur om magnetiske materialer møter man CGS-enhetene den dag i dag.