Генри
Производная единица СИ · величина: индуктивность
01 · Определение
Генри — индуктивность контура, в котором ток, меняющийся со скоростью один ампер в секунду, наводит напряжение в один вольт. Второе определение: индуктивность, при которой ток в один ампер создаёт потокосцепление в один вебер.
Индуктивность — мера инерции тока. Как масса сопротивляется изменению скорости, так индуктивность сопротивляется изменению тока: разогнать его мгновенно нельзя, и остановить тоже. Отсюда искра в выключателе — при разрыве цепи ток пытается продолжить течь, скорость его изменения огромна, и на контактах вырастает напряжение в десятки раз больше питающего, пока воздух не пробьётся. По этой же причине катушку в цепи с транзистором всегда шунтируют диодом: без него первое же выключение убивает ключ обратным выбросом.
Разорвите цепь с катушкой — и ток попытается продолжиться через воздух: на контактах вспыхнет дуга. Поэтому рядом с любым реле или мотором ставят гасящий диод: он даёт току замкнуться и погаснуть без искры.
Удвоив число витков, получают вчетверо большую индуктивность: витки одновременно и создают поток, и сцепляются с ним. Ферритовый или стальной сердечник добавляет ещё множитель в тысячи, но лишь до насыщения — дальше индуктивность резко падает, и импульсный преобразователь, вошедший в этот режим, начинает греться и свистеть. Поэтому дроссели считают не по одной индуктивности, а по паре величин: сколько генри и до какого тока они держатся.
02 · Пересчёт
Введите индуктивность — паспорт разложит её по единицам
Реальные детали живут в микро- и миллигенри. В системе СГСМ индуктивность, как и ёмкость в СГСЭ, имела размерность длины: абгенри назывался просто сантиметром. Отсюда старая инженерная привычка говорить о катушке в сантиметрах — это не про размер, а про индуктивность.
В паре с конденсатором индуктивность задаёт частоту колебательного контура — того самого, которым столетие настраивали приёмники на станцию. Крутить приходилось именно конденсатор: переменную ёмкость сделать проще, чем переменную индуктивность, хотя в военных радиостанциях применяли и вариометры — катушки с поворотной секцией. Современный приёмник обходится без контура вовсе: частоту задаёт кварц и цифровой синтезатор.
| Единица | Название | Значение | Где встречается |
|---|---|---|---|
| H | генри, единица СИ | 1 | генри, единица СИ |
| mH | миллигенри | 1000 | миллигенри |
| µH | микрогенри | 1000000 | микрогенри |
| nH | наногенри | 1000000000 | наногенри |
| pH | пикогенри | 1000000000000 | пикогенри |
| Wb/A | вебер на ампер — то же самое | 1 | вебер на ампер — то же самое |
| V·s/A | вольт-секунда на ампер | 1 | вольт-секунда на ампер |
| Ω·s | ом-секунда: рабочее обозначение до принятия имени | 1 | ом-секунда: рабочее обозначение до принятия имени |
| abH | абгенри, СГСМ: он же сантиметр индуктивности | 1000000000 | абгенри, СГСМ: он же сантиметр индуктивности |
| stH | статгенри, СГСЭ | 0 | статгенри, СГСЭ |
Вторая запись — определение через вебер: генри это вебер на ампер. Третья — энергия, запасённая в поле обмотки.
03 · Порядки величин
от дорожки платы до накопителя энергиимиллигенри: обмотки реле, трансформаторы связи
04 · Приборы измерения
Чем измеряют индуктивность
Подаёт синусоиду и по сдвигу фазы отделяет реактивную часть импеданса от активной. Результат зависит от частоты и от тока подмагничивания: катушка с ферритом на килогерце и на мегагерце покажет разную индуктивность, поэтому режим измерения указывают в паспорте детали.
Уравновешивает неизвестную индуктивность образцовым конденсатором и резисторами: катушку сравнивают не с другой катушкой, а с ёмкостью, которую изготовить точнее. Классический метод лабораторных измерений с погрешностью в сотые доли процента.
Катушку включают с известным конденсатором и ищут частоту, на которой контур звенит. Индуктивность вычисляют из формулы Томсона — самый доступный способ, требующий лишь генератора и осциллографа, и единственный практичный для наногенри.
Однослойная обмотка на цилиндре из плавленого кварца с измеренными до микрометра размерами: её индуктивность вычисляют из геометрии и магнитной постоянной, не измеряя вовсе. Именно так задавали единицу до перехода на квантовые эталоны.
05 · Правила записи
Прописная H — и не «генрих»
Заглавная H обозначает единицу, строчная h — внесистемный час. Название по-русски не изменяется по числам: «пять генри», а не «генрей». Символ H рядом с курсивной L в одной формуле не спутать: величина набирается наклонно, единица прямо.
Обозначение величины — курсивная L, единицы — прямая H; русское обозначение Гн. Прописная H в формулах занята напряжённостью магнитного поля, поэтому в одном выражении их различают только по курсиву и контексту. Сокращения Hy и hy, встречавшиеся в американской литературе до сороковых годов, отменены. Микрогенри требует греческой мю: µH, а не uH. Взаимную индуктивность двух обмоток обозначают курсивной M и измеряют в тех же генри.
06 · Соседние единицы
Генри — обратная сторона фарада: одна величина противится изменению тока, другая — изменению напряжения. Вместе они задают частоту контура, а поодиночке — сглаживают ток и напряжение.
Взаимную индуктивность двух обмоток обозначают M и измеряют в тех же генри. У трансформатора она меньше произведения собственных индуктивностей: разница и есть та часть потока, что прошла мимо второй обмотки.
поток на один ампер
индуктивность
парная величина контура
Из паспортов Simetrium к генри примыкают вебер и ампер из определения, фарад как парная величина контура, ом из постоянной времени и герц, в котором выражается частота резонанса.
Генри замыкает магнитную семью: вебер, поделённый на ампер. С омом он даёт секунды, с фарадом — резонансную частоту. Индуктивность и ёмкость зеркальны: одна противится изменению тока, другая — изменению напряжения.
07 · Исторический раздел
Открытие, опубликованное вторым
Джозеф Генри обмотал железную дугу изолированной проволокой — изоляцию он делал из шёлковых лент, купленных на платье жены, — и получил магнит, державший вес в тонну. Прежние конструкции с оголённым проводом не держали и центнера.
В 1832 году Джозеф Генри заметил искру при разрыве цепи с электромагнитом и понял, что катушка сама наводит в себе напряжение. Он описал явление в лабораторном журнале раньше Фарадея, но опубликовал позже — и первенство по индукции осталось за англичанином.
Международный конгресс электриков в Чикаго дал единице индуктивности имя Генри — вместе с несколькими другими практическими единицами. К тому времени он пятнадцать лет был мёртв, а последние тридцать два года жизни возглавлял Смитсоновский институт.
Первое имя для единицы индуктивности — квадрант: десять миллионов метров, четверть земного меридиана. Заменено на «генри» тем же конгрессом, что принял ом и вольт.
Девятая Генеральная конференция включила генри в систему практических единиц вместе с вебером и тесла. Сантиметр индуктивности из системы СГСМ, равный наногенри, продержался в радиотехнических справочниках ещё два десятилетия.
Единица, которую вычисляют, а не измеряют
До 2019 года генри воспроизводили расчётом. Магнитная постоянная была задана точно, четырьмя пи на десять в минус седьмой генри на метр, и индуктивность однослойной катушки известной геометрии вычислялась из размеров с погрешностью в миллионные доли. Такой эталон назывался расчётной катушкой, и через него единица индуктивности связывалась с метром — как ёмкость связывалась с ним через расчётный конденсатор Томпсона — Лэмпарда. Переопределение 2019 года эту опору убрало: магнитная постоянная перестала быть точным числом и стала измеряемой величиной с относительной неопределённостью около полутора десятимиллиардных. Практически это ничего не изменило — сегодня индуктивность привязывают к ому и герцу, оба воспроизводятся квантовыми эффектами, и расчётная катушка осталась независимой проверкой. Курьёз в том, что теперь точность генри зависит от того, насколько хорошо измерена постоянная тонкой структуры: именно через неё магнитная постоянная выражается в новой системе.
Магнитная постоянная µ₀ = 1,256 637·10⁻⁶ H/m — это генри на метр: индуктивность пустого пространства. До 2019 года она была точным числом 4π·10⁻⁷, теперь измеряется, и последние знаки уточняются.
Каталог · единицы измерения
Паспорт на каждую величину
Семь базовых единиц СИ, двадцать две производные с собственными именами и внесистемные единицы, без которых не обходится ни техника, ни быт. Каждая — отдельный лист: определение, пересчёт, приборы, правила записи. На 2 языках.
Производные СИ с собственным именем
открыт паспорт генриБазовые единицы СИ
терракотой — четыре единицы, из которых складывается генриИндуктивность в других записях
Язык паспорта
2 языков. Символ H международный, а вот запись номинала на схемах различается: 100µ, 100uH и 0,1mH обозначают одно и то же, и в переводах паспорт приводит их к местной практике.