Вебер
В 1833 году в Гёттингене Карл Гаусс и Вильгельм Вебер протянули над крышами провод длиной около километра. Он соединил обсерваторию с физическим кабинетом. Батареи в этом телеграфе не было. Вебер сдвигал катушку вдоль постоянного магнита, и в проводе возникал короткий толчок тока. На другом конце от толчка поворачивалась магнитная стрелка.
Ток в катушке появляется, когда меняется магнитный поток через неё. Чем быстрее меняется поток, тем больше напряжение. Один вебер — такой поток, который, убывая до нуля равномерно за секунду, наводит в одном витке напряжение 1 V. Поэтому вебер равен вольту, умноженному на секунду.
| Обозначение | Wb |
| Определение | вольт-секунда · V·s · T·m² · kg·m²·s⁻²·A⁻¹ |
| Опорные значения | квант потока h/2e — 2,067 834 fWb · 1 Wb = 10⁸ Mx |
| Введена | название — МЭК, 1935 год · в СИ с 1960 года, XI Генеральная конференция |
| Стандарты | ISO 80000-6 · IEC 60050-121 · SI Brochure 9th ed. |
| Типичные значения | 35 nWb — поле Земли в кольце 3 cm · 136 µWb — неодимовый магнит в катушке · 15 mWb — сердечник трансформатора |
01 · Определение
Вольт, который держится секунду
Магнитный поток Φ показывает, сколько поля проходит через площадку. Он равен индукции поля, умноженной на площадь и на косинус угла между полем и перпендикуляром к площадке. Поле в один тесла через квадратный метр даёт один вебер. Если площадку повернуть ребром к полю, поток станет нулём.
Сам поток напряжения не создаёт. Напряжение появляется только при изменении потока, это закон Фарадея. Если сложить напряжение за всё время изменения, получится ровно изменение потока. Поэтому вебер можно измерить вольтметром и часами: площадь под кривой напряжения — это вольт-секунды, то есть веберы.
Сколько поля проходит сквозь рамку
Вертикальные линии — однородное поле, вид сбоку. Медный эллипс — рамка, повёрнутая на угол θ. Синим выделены линии, которые проходят сквозь рамку, серые идут мимо. Синий пунктир под рамкой — её тень на горизонтали, A cos θ: поток равен индукции, умноженной на эту тень.
Через катушку из ста витков проходит тот же поток, что и через один виток. Но напряжение наводится в каждом витке, и они складываются. Поэтому для катушки считают потокосцепление: поток, умноженный на число витков. Его тоже пишут в веберах. Индуктивность в генри — это потокосцепление на каждый ампер тока.
Быстро или медленно — веберов столько же
В середине — катушка на прозрачной трубке, над ней на нити висит магнит. Красная половина магнита — северный полюс, синяя — южный. Синий пунктир — линии поля магнита, медные точки на витках — ток, который в них наводится. Справа экран осциллографа: оранжевая линия — напряжение на катушке за последние три секунды, заливка — площадь под ней. Слева флюксметр: он складывает напряжение за время опыта и показывает изменение потокосцепления. Магнит можно вдвинуть, выдвинуть, уронить сквозь катушку или перевернуть. В режиме «Поле Земли» вместо магнита — плоская рамка, которую переворачивают в поле планеты.
Вдвиньте магнит в катушку медленно, потом выдвиньте быстро.
02 · Пересчёт
| Единица | Значение | Где встречается |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
1 Wb = 10⁸ Mx. Максвелл в старых книгах называли просто «линией»: одна силовая линия Фарадея.
Вольт-секунда и вебер — одно и то же. Дроссели в блоках питания считают в V·s: сколько напряжения за сколько времени сердечник выдержит до насыщения.
Гаусс — не поток, а индукция: максвелл на квадратный сантиметр. Тесла — вебер на квадратный метр, 1 T = 10⁴ Gs.
03 · Порядки величин
04 · Приборы измерения
05 · Правила записи
06 · Соседние единицы
07 · Исторический раздел
Эталона вебера в виде предмета нет. Поток измеряют через напряжение и время, а их эталоны — квантовые. В джозефсоновском контакте каждый импульс напряжения несёт площадь ровно в один квант потока, h/2e. С 2019 года постоянная Планка и заряд электрона закреплены точно, поэтому квант потока — тоже точное число: 2,067 833 848… fWb.
Отсюда простое следствие. Чтобы получить один вебер, нужно около 4,8·10¹⁴ квантов. Эталон напряжения так и устроен: тысячи контактов на одном кристалле облучают микроволнами, и каждый пропускает кванты потока с известной частотой. Вольт получается из частоты, а вебер — из вольта и секунды.
Каталог величин
весь указатель →Семь основных единиц СИ
Капля кислоты меняет цвет сока, соль красит пламя, вода замерзает от стука. Под ними — все листы Simetrium по дисциплинам и по алфавиту.
Открыть указатель →