Weber
Odvodená jednotka SI · veličina: magnetický tok
01 · Definícia
Jeden weber je tok, pri ktorého zániku za sekundu sa v závite indukuje jeden volt. Definícia cez zmenu nie je náhodná: samotný magnetický tok nič nevytvára, pracuje jedine jeho zmena. Na tom stojí celá energetika — generátor, transformátor, indukčná doska. Tok sa rovná indukcii násobenej plochou: tesla na meter štvorcový je práve weber.
Odtiaľ rozdiel medzi weberom a teslou, ktorý sa plete najčastejšie. Tesla je hustota toku, tok na meter štvorcový; weber je celý tok cez obvod ako celok. Silný neodýmový magnet dáva pri povrchu viac než jednu teslu, ale tok jeho malým prierezom sú stotiny weberu. Aby sa nazbieral celý weber, treba buď veľkú plochu, alebo silné pole: slučka s plochou metra štvorcového zachytí v zemskom poli sotva päťdesiat mikroweberov.
Dve slučky v jednom a tom istom rovnorodom poli vidia tú istú indukciu v teslách, ale rôzny tok vo weberoch: je úmerný ploche. Odtiaľ plynie aj pravidlo návrhu generátorov: elektromotorické napätie sa dá zvýšiť zosilnením poľa, rozšírením slučky, pridaním závitov alebo rýchlejším otáčaním. Prvé obmedzuje nasýtenie železa okolo dvoch tesiel, druhé a tretie rozmery a odpor vinutia, preto priemyselné stroje narážajú na štvrté a pracujú pri vysokých otáčkach.
02 · Prevod
Zadajte tok — list ho rozloží na jednotky
Maxwell je jednotka toku v sústave CGS, stomiliónkrát menšia než weber. V starej literatúre o elektrických strojoch idú všetky výpočty v maxwelloch a gaussoch; prechod na weber a teslu nastal až v šesťdesiatych rokoch. Inžinieri doslova počítali siločiary na výkrese: jedna čiara, jeden maxwell. Odtiaľ aj výraz „tok čiar“.
V transformátore tok určuje veľkosť: čím viac voltsekúnd musí jadro vydržať, tým väčší jeho prierez. Odtiaľ pravidlo známe každému konštruktérovi: sieťový transformátor na päťdesiat hertzov je dvakrát objemnejší než rovnako výkonný na sto hertzov, kým spínaný zdroj na sto kilohertzov si vystačí s feritovým krúžkom veľkosti nechta. Prierez sa dá zmenšiť len zvýšením kmitočtu — inak železo prejde do nasýtenia, tok prestane rásť s prúdom a vinutie zhorí.
| Jednotka | Názov | Hodnota | Kde sa vyskytuje |
|---|---|---|---|
| Wb | weber, jednotka SI | 1 | východisková jednotka tohto listu |
| mWb | miliweber | 1000 | pracovná predpona magnetických výpočtov |
| µWb | mikroweber | 1000000 | pod ňou sa začína zem SQUIDov |
| nWb | nanoweber | 10⁹ | tu webermeter ešte pracuje isto |
| V·s | voltsekunda | 1 | to isté inými slovami: weber je voltsekunda |
| T·m² | tesla na m² | 1 | zápis je správny, ale od roku 1960 má veličina vlastné meno |
| Φ₀ | kvantum toku | 4,836·10¹⁴ | h/2e — hodnota presná podľa definície z roku 2019 |
| Mx | maxwell, CGS | 10⁸ | presne sto miliónov vo weberi |
| kMx | kilomaxwell | 100000 | pohodlný násobok pre výpočty strojov |
| G·cm² | gauss na cm² | 10⁸ | to isté čo maxwell: čiara na centimetri štvorcovom |
| line | siločiara | 10⁸ | inžinieri počítali čiary na výkrese jednu po druhej |
| Wb | weber | 1 | východisková jednotka tohto listu |
Weber je stredom magnetickej trojice: vydeľte plochou a dostanete teslu, vydeľte prúdom henry, vydeľte časom volt
03 · Rády veličín
od kvanta toku k magnetu urýchľovačaJeden weber: veľký stroj alebo silný magnet s veľkou plochou
04 · Meracie prístroje
Čím sa meria magnetický tok
Otočná cievka s veľkým momentom zotrvačnosti: počas impulzu sa nestihne otočiť, preto je prvý výkyv úmerný celému prejdenému náboju, a ten zmene toku. Klasický prístroj magnetických laboratórií, vytlačený elektronickými integrátormi až k sedemdesiatym rokom.
Elektronický integrátor: sčítava napätie meracej cievky v čase a hneď vydáva voltsekundy. Jeho hlavné trápenie je drift nuly: integrátor zbiera aj vlastný posun zosilňovača, preto sa meranie začína vynulovaním a vojde sa do niekoľkých sekúnd.
Závity so známou plochou sa vložia do poľa a prudko vytrhnú von, alebo sa otočia o sto osemdesiat stupňov. Zintegrovaný napäťový impulz dá celý tok, ktorý nimi prechádzal — najpriamejší spôsob, ako zmerať weber rovno z definície jednotky.
Supravodivý krúžok s dvoma Josephsonovými prechodmi: tok ním sa môže meniť len po porciách po dvoch femtoweberoch s troškou, a prístroj tieto porcie počíta. Najcitlivejší magnetometer, aký existuje — zachytí magnetické pole pracujúceho mozgu.
05 · Pravidlá zápisu
Wb — dve písmená, a druhé malé
Značka sa píše vcelku a predpona sa stavia pred ňu celú: mWb, µWb. Samotné veľké W vedľa je watt, celkom iná veličina. Tok sa značí gréckym písmenom Φ a jeho zmena dΦ; vo vzorcoch indukcie je znamienko mínus povinné, vyjadruje Lenzovo pravidlo.
Spriahnutý tok — tok násobený počtom závitov — sa meria v tých istých weberoch, ale značí sa Ψ. Vo výpočtoch cievok sa Φ a Ψ nesmú pliesť: rozdiel ide do stoviek. Ruská značka je Вб. Zápis „weber na meter štvorcový“ je technicky správny a rovný tesle, ale nemá sa používať: od roku 1960 má táto veličina vlastné meno.
06 · Susedné jednotky
Weber viaže magnetizmus s elektrinou: delený plochou dáva teslu, delený prúdom henry, derivovaný podľa času volt.
weber na meter štvorcový
magnetický tok
weber na ampér
Z listov Simetria k weberu susedia tesla ako hustota toho istého toku, henry z definície indukčnosti, volt s sekundou, ktorých je súčinom, a ďalej maxwell a gauss — ich predchodcovia v sústave CGS.
07 · Historický oddiel
V čom sa meral tok pred weberom
Faraday navinul dve vinutia na železný krúžok a všimol si, že ručička galvanometra myklo len v okamihu zapnutia a vypnutia prúdu. Nemenné pole nedáva nič — pracuje jedine jeho zmena.
Weber spolu s Gaussom postavil prvý elektromagnetický telegraf a ako prvý previedol elektrické merania na mechanické. Jednotka magnetického toku nesie jeho meno.
Medzinárodná elektrotechnická komisia nazvala praktickú jednotku toku weberom, násobkom maxwellu o mocninu desiatky. Generálna konferencia ju zaviedla do sústavy spolu s voltom, ampérom a ostatnými elektrickými jednotkami.
Deaver a Fairbank v Stanforde a súčasne Doll s Näbauerom v Mníchove zmerali tok v supravodivom valci a zistili, že je násobkom základnej porcie. Dvojka v menovateli potvrdila, že náboj nesú páry elektrónov.
Tok sa nedá rozliať na ľubovoľné diely — príroda ho odmeriava po porciách
Magnetický tok sa nedá merať priamo: ktorýkoľvek prístroj reaguje nie na samotný tok, ale na jeho zmenu. Preto sa tok buď prudko preruší vytrhnutím cievky, alebo sa cievka otočí, alebo sa zhasne prúd vo vinutí, a potom sa zintegruje vzniknutý napäťový impulz. Absolútna presnosť takého merania je obmedzená driftom integrátora a znalosťou plochy závitov a málokedy býva lepšia než desatina percenta. Kvantovanie toku obraz zmenilo: v supravodivom krúžku môže tok nadobúdať len hodnoty, ktoré sú násobkami Φ₀ = h/2e, a táto porcia je známa presne, pretože Planckova konštanta a náboj elektrónu sú od roku 2019 zadané číslami. SQUID, ktorý také porcie počíta, rozlíši zmenu toku o milióntinu kvanta — citlivosť, ktorá dovoľuje zaznamenať magnetické pole srdca cez hrudník a pole mozgu cez lebku. Samo kvantum je pritom mizivo malé: aby sa nazbieral jeden weber, treba ich takmer päťsto biliónov.
Katalóg · meracie jednotky
List pre každú veličinu
Sedem základných jednotiek SI, dvadsaťdva odvodených s vlastnými názvami a jednotky mimo sústavy, bez ktorých sa nezaobíde technika ani bežný život. Každá má svoj list: definícia, prevod, prístroje, pravidlá zápisu. V 26 jazykoch.
Odvodené jednotky SI s vlastným názvom
otvorený list weberuZákladné jednotky SI
terakotou — štyri jednotky, z ktorých sa weber skladáMagnetický tok v iných sústavách
Jazyk listu
26 jazykov. Značka Wb je medzinárodná, ale zvyk merať v maxwelloch sa drží nerovnomerne: v ruskej a japonskej literatúre o magnetických materiáloch sa jednotky CGS stretávajú dodnes.