Weber
Unitate SI derivată · mărime: flux magnetic
01 · Definiție
Un weber este fluxul la a cărui dispariție într-o secundă se induce un volt într-o spiră. Definiția prin variație nu e întâmplătoare: fluxul magnetic în sine nu creează nimic, doar schimbarea lui lucrează. Pe asta stă toată energetica — generatorul, transformatorul, plita cu inducție. Fluxul este inducția înmulțită cu aria: un tesla pe metru pătrat este tocmai un weber.
De aici deosebirea dintre weber și tesla, cea mai des încurcată. Tesla este densitatea de flux, fluxul pe metru pătrat; weberul este tot fluxul printr-un contur întreg. Un magnet puternic de neodim dă la suprafață mai mult de un tesla, dar fluxul prin secțiunea lui mică este de sutimi de weber. Ca să strângi un weber întreg îți trebuie fie arie mare, fie câmp puternic: o spiră de un metru pătrat prinde în câmpul pământesc doar cincizeci de microweberi.
Două spire în unul și același câmp uniform văd aceeași inducție în tesla, dar un flux diferit în weberi: el este proporțional cu aria. De aici decurge și regula de proiectare a generatoarelor: tensiunea electromotoare poate fi mărită întărind câmpul, lărgind spira, adăugând spire sau rotind mai repede. Prima cale e mărginită de saturația fierului pe la doi tesla, a doua și a treia de gabarit și de rezistența înfășurării, de aceea mașinile industriale se izbesc de a patra și lucrează la turații înalte.
02 · Conversie
Introduceți un flux — fișa îl descompune pe unități
Maxwellul este unitatea de flux din sistemul CGS, de o sută de milioane de ori mai mică decât weberul. În literatura veche despre mașini electrice toate calculele merg în maxwelli și gauss; trecerea la weber și la tesla s-a făcut abia în anii șaizeci. Inginerii numărau literalmente liniile de câmp pe desen: o linie, un maxwell. De aici și expresia «flux de linii».
Într-un transformator fluxul hotărăște mărimea: cu cât mai mulți volt-secunde trebuie să rabde miezul, cu atât mai mare secțiunea lui. De aici regula știută de orice proiectant: un transformator de rețea la cincizeci de herți este de două ori mai voluminos decât unul de aceeași putere la o sută de herți, în vreme ce o sursă în comutație la o sută de kiloherți se descurcă cu un inel de ferită cât o unghie. Secțiunea nu poate fi micșorată decât ridicând frecvența — altminteri fierul intră în saturație, fluxul încetează să crească odată cu curentul, iar înfășurarea arde.
| Unitate | Nume | Valoare | Unde apare |
|---|---|---|---|
| Wb | weber, unitate SI | 1 | unitatea de pornire a acestei fișe |
| mWb | miliweber | 1000 | prefixul de lucru al calculelor magnetice |
| µWb | microweber | 1000000 | sub ea începe țara SQUID-urilor |
| nWb | nanoweber | 10⁹ | aici un webermetru încă lucrează cu siguranță |
| V·s | volt-secundă | 1 | același lucru spus altfel: weberul este volt-secunda |
| T·m² | tesla pe m² | 1 | scrierea e corectă, dar din 1960 mărimea are nume propriu |
| Φ₀ | cuanta de flux | 4,836·10¹⁴ | h/2e — o valoare exactă potrivit definiției din 2019 |
| Mx | maxwell, CGS | 10⁸ | exact o sută de milioane într-un weber |
| kMx | kilomaxwell | 100000 | un multiplu comod pentru calculele de mașini |
| G·cm² | gauss pe cm² | 10⁸ | același lucru ca maxwellul: o linie pe un centimetru pătrat |
| line | linie de câmp | 10⁸ | inginerii numărau liniile de pe desen una câte una |
| Wb | weber | 1 | unitatea de pornire a acestei fișe |
Weberul este centrul treimii magnetice: împărțiți la arie și obțineți tesla, împărțiți la curent henry, împărțiți la timp voltul
03 · Ordine de mărime
de la cuanta de flux la magnetul unui acceleratorUn weber: o mașină mare sau un magnet puternic cu arie mare
04 · Instrumente de măsură
Cu ce se măsoară fluxul magnetic
Un cadru mobil cu moment de inerție mare: în timpul impulsului nu apucă să se rotească, de aceea prima deviație e proporțională cu toată sarcina trecută, iar aceasta cu variația fluxului. Aparatul clasic al laboratoarelor magnetice, alungat de integratoarele electronice abia spre anii șaptezeci.
Un integrator electronic: adună în timp tensiunea bobinei de măsură și dă îndată volt-secunde. Năpasta lui de căpetenie e deriva zeroului: integratorul strânge și decalajul propriu al amplificatorului, de aceea o măsurare începe cu o aducere la zero și se ține în câteva secunde.
Spire de arie cunoscută se pun în câmp și se smulg dintr-o dată, sau se rotesc cu o sută optzeci de grade. Impulsul de tensiune integrat dă tot fluxul care trecea prin ele — modul cel mai direct de a măsura weberul chiar din definiția unității.
Un inel supraconductor cu două joncțiuni Josephson: fluxul prin el nu poate varia decât în porții de doi femtoweberi și ceva, iar aparatul numără aceste porții. Cel mai sensibil magnetometru care există — prinde câmpul magnetic al unui creier în lucru.
05 · Reguli de scriere
Wb — două litere, iar a doua mică
Simbolul se scrie dintr-o bucată, iar prefixul stă înaintea lui întreg: mWb, µWb. Un singur W mare alături este wattul, o mărime cu totul alta. Fluxul se notează cu litera grecească Φ, iar variația lui cu dΦ; în formulele inducției semnul minus este obligatoriu, el exprimă regula lui Lenz.
Fluxul înlănțuit — fluxul înmulțit cu numărul de spire — se măsoară în aceiași weberi, dar se notează Ψ. În calculele bobinelor Φ și Ψ nu se pot încurca: deosebirea ajunge la sute de ori. Simbolul rusesc este Вб. Scrierea «weber pe metru pătrat» este tehnic corectă și egală cu tesla, dar nu se cuvine folosită: din 1960 această mărime are nume propriu.
06 · Unități vecine
Weberul leagă magnetismul de electricitate: împărțit la arie dă tesla, împărțit la curent henry, derivat în raport cu timpul voltul.
weber pe metru pătrat
flux magnetic
weber pe amper
Dintre fișele Simetrium se învecinează cu weberul tesla ca densitate a aceluiași flux, henry din definiția inductanței, volt s o secundă, al căror produs este, precum și maxwell și gauss — înaintașii lor în sistemul CGS.
07 · Secțiune istorică
În ce se măsura fluxul înainte de weber
Faraday a înfășurat două înfășurări pe un inel de fier și a băgat de seamă că acul galvanometrului tresărea doar în clipa pornirii și opririi curentului. Un câmp neschimbat nu dă nimic — doar schimbarea lui lucrează.
Weber, împreună cu Gauss, a construit primul telegraf electromagnetic și a fost cel dintâi care a redus măsurările electrice la cele mecanice. Unitatea de flux magnetic îi poartă numele.
Comisia Electrotehnică Internațională a numit weber unitatea practică de flux, multiplu al maxwellului printr-o putere a lui zece. Conferința Generală a introdus-o în sistem împreună cu voltul, amperul și celelalte unități electrice.
Deaver și Fairbank la Stanford și, în același timp, Doll cu Näbauer la München au măsurat fluxul într-un cilindru supraconductor și l-au găsit multiplu al unei porții fundamentale. Doiul de la numitor a confirmat că sarcina e purtată de perechi de electroni.
Fluxul nu se lasă turnat în părți oarecare — natura îl măsoară în porții
Fluxul magnetic nu se lasă măsurat direct: orice aparat răspunde nu la fluxul însuși, ci la variația lui. De aceea fluxul fie se rupe brusc, smulgând bobina, fie bobina se răstoarnă, fie se stinge curentul din înfășurare, iar apoi se integrează impulsul de tensiune ivit. Exactitatea absolută a unei asemenea măsurări este mărginită de deriva integratorului și de cunoașterea ariei spirelor și rareori e mai bună decât o zecime de procent. Cuantificarea fluxului a schimbat tabloul: într-un inel supraconductor fluxul poate lua doar valori multiplu de Φ₀ = h/2e, iar această porție e cunoscută exact, de vreme ce constanta lui Planck și sarcina electronului sunt fixate prin numere din 2019. Un SQUID care numără asemenea porții deosebește o variație de flux de o milionime de cuantă — o sensibilitate care îngăduie înregistrarea câmpului magnetic al inimii prin cutia toracică și al creierului prin craniu. Cuanta însăși e totuși neînsemnat de mică: pentru a strânge un weber sunt trebuincioase aproape cinci sute de trilioane dintre ele.
Catalog · unități de măsură
O fișă pentru fiecare mărime
Șapte unități fundamentale SI, douăzeci și două derivate cu nume propriu și unitățile din afara sistemului fără de care nu se descurcă nici tehnica, nici viața de zi cu zi. Fiecare are foaia ei: definiție, conversie, instrumente, reguli de scriere. În 26 de limbi.
Unități SI derivate cu nume propriu
fișa weberului este deschisăUnități fundamentale SI
în teracotă — cele patru unități din care se compune weberulFluxul magnetic în alte sisteme
Limba fișei
26 de limbi. Simbolul Wb este internațional, dar obiceiul de a măsura în maxwelli se ține neuniform: în literatura rusă și japoneză despre materiale magnetice unitățile CGS se întâlnesc până azi.