Weber
Härledd SI-enhet · storhet: magnetiskt flöde
01 · Definition
En weber är det flöde som, då det försvinner på en sekund, inducerar en volt i ett varv. Definitionen genom ändringen är ingen slump: det magnetiska flödet skapar i sig ingenting, det är bara dess ändring som arbetar. På detta vilar hela kraftekniken — generatorn, transformatorn, induktionshällen. Flödet är induktionen gånger arean: en tesla per kvadratmeter är just en weber.
Härav skillnaden mellan weber och tesla, den som oftast blandas ihop. Teslan är flödestäthet, flöde per kvadratmeter; webern är hela flödet genom en krets i sin helhet. En stark neodymmagnet ger mer än en tesla vid ytan, men flödet genom dess lilla tvärsnitt är hundradelar av en weber. För att få ihop en hel weber krävs antingen stor area eller starkt fält: en slinga på en kvadratmeter fångar i jordens fält bara femtio mikroweber.
Två slingor i ett och samma likformiga fält ser samma induktion i tesla men olika flöde i weber: det är proportionellt mot arean. Härav följer också regeln för konstruktion av generatorer: emk:n kan höjas genom att förstärka fältet, vidga slingan, lägga till varv eller snurra fortare. Det första begränsas av järnets mättnad vid omkring två tesla, det andra och tredje av lindningens storlek och resistans, därför stöter industriella maskiner på det fjärde och går med högt varvtal.
02 · Omräkning
Skriv in ett flöde — databladet delar upp det efter enheter
Maxwellen är flödesenheten i CGS-systemet, hundra miljoner gånger mindre än webern. I den gamla litteraturen om elektriska maskiner går alla beräkningar i maxwell och gauss; övergången till webern och teslan skedde först på 1960-talet. Ingenjörerna räknade bokstavligen kraftlinjerna på ritningen: en linje, en maxwell. Därav också uttrycket ”ett flöde av linjer”.
I en transformator bestämmer flödet storleken: ju fler voltsekunder kärnan måste tåla, desto större dess tvärsnitt. Därav regeln som varje konstruktör känner: en nättransformator för femtio hertz är dubbelt så skrymmande som en lika stark för hundra hertz, medan ett switchaggregat vid hundra kilohertz klarar sig med en ferritring stor som en nagel. Tvärsnittet går bara att minska genom att höja frekvensen — annars går järnet i mättnad, flödet slutar växa med strömmen, och lindningen brinner upp.
| Enhet | Namn | Värde | Var den förekommer |
|---|---|---|---|
| Wb | weber, SI-enhet | 1 | databladets utgångsenhet |
| mWb | milliweber | 1000 | de magnetiska beräkningarnas arbetsprefix |
| µWb | mikroweber | 1000000 | under den börjar SQUID-arnas land |
| nWb | nanoweber | 10⁹ | här arbetar en webermeter ännu med säkerhet |
| V·s | voltsekund | 1 | detsamma med andra ord: webern är voltsekunden |
| T·m² | tesla per m² | 1 | skrivsättet är riktigt, men sedan 1960 har storheten ett eget namn |
| Φ₀ | flödeskvant | 4,836·10¹⁴ | h/2e — ett värde som är exakt enligt definitionen från 2019 |
| Mx | maxwell, CGS | 10⁸ | exakt hundra miljoner i en weber |
| kMx | kilomaxwell | 100000 | en behändig multipel för maskinberäkningar |
| G·cm² | gauss per cm² | 10⁸ | detsamma som maxwellen: en linje på en kvadratcentimeter |
| line | kraftlinje | 10⁸ | ingenjörerna räknade linjerna på ritningen en och en |
| Wb | weber | 1 | databladets utgångsenhet |
Webern är mitten i den magnetiska trion: dela med arean så får du teslan, dela med strömmen henryn, dela med tiden volten
03 · Storleksordningar
från flödeskvantet till en acceleratormagnetEn weber: en stor maskin, eller en stark magnet med stor area
04 · Mätinstrument
Vad man mäter magnetiskt flöde med
En vridspole med stort tröghetsmoment: under pulsen hinner den inte vrida sig, därför är första utslaget proportionellt mot hela den laddning som passerat, och denna mot flödets ändring. Magnetlaboratoriernas klassiska instrument, undanträngt av elektroniska integratorer först mot sjuttiotalet.
En elektronisk integrator: den summerar mätspolens spänning över tiden och ger genast voltsekunder. Dess främsta plåga är nolldriften: integratorn samlar även förstärkarens egen offset, därför inleds en mätning med en nollställning och hålls till några sekunder.
Varv med känd area förs in i fältet och rycks ut, eller vänds hundraåttio grader. Den integrerade spänningspulsen ger hela det flöde som gick genom dem — det mest direkta sättet att mäta webern rakt ur enhetens definition.
En supraledande ring med två josephsonövergångar: flödet genom den kan bara ändras i portioner om två femtoweber och lite till, och instrumentet räknar dessa portioner. Den känsligaste magnetometer som finns — den fångar magnetfältet från en arbetande hjärna.
05 · Skrivregler
Wb — två bokstäver, och den andra gemen
Tecknet skrivs i ett stycke, och ett prefix ställs framför det hela: mWb, µWb. Ett ensamt stort W bredvid är watten, en helt annan storhet. Flödet betecknas med den grekiska bokstaven Φ, och dess ändring med dΦ; i induktionens formler är minustecknet obligatoriskt, det uttrycker Lenz lag.
Flödeslänkningen — flödet gånger antalet varv — mäts i samma weber men betecknas Ψ. I spolberäkningar får Φ och Ψ inte blandas ihop: skillnaden går upp i hundratals gånger. Det ryska tecknet är Вб. Skrivsättet ”weber per kvadratmeter” är tekniskt riktigt och lika med teslan, men bör inte användas: sedan 1960 har den storheten ett eget namn.
06 · Grannenheter
Webern binder magnetismen till elektriciteten: delad med arean ger den teslan, delad med strömmen henryn, deriverad med avseende på tiden volten.
weber per kvadratmeter
magnetiskt flöde
weber per ampere
Bland Simetriums datablad gränsar till webern tesla som täthet hos samma flöde, henry ur induktansens definition, volt s en sekund, vars produkt den är, samt maxwell och gauss — deras föregångare i CGS-systemet.
07 · Historisk del
Vad man mätte flödet i före webern
Faraday lindade två lindningar på en järnring och märkte att galvanometerns visare ryckte till bara i det ögonblick strömmen slogs på och av. Ett oföränderligt fält ger ingenting — det är bara dess ändring som arbetar.
Weber byggde tillsammans med Gauss den första elektromagnetiska telegrafen och var den förste som förde de elektriska mätningarna tillbaka på mekaniska. Enheten för magnetiskt flöde bär hans namn.
Internationella elektrotekniska kommissionen gav den praktiska flödesenheten namnet weber, en tiopotensmultipel av maxwellen. Generalkonferensen förde in den i systemet tillsammans med volten, amperen och de övriga elektriska enheterna.
Deaver och Fairbank i Stanford och samtidigt Doll och Näbauer i München mätte flödet i en supraledande cylinder och fann det vara en multipel av en fundamental portion. Tvåan i nämnaren bekräftade att laddningen bärs av elektronpar.
Flödet går inte att hälla upp i godtyckliga delar — naturen mäter upp det i portioner
Magnetiskt flöde låter sig inte mätas direkt: varje instrument svarar inte på flödet självt utan på dess ändring. Därför bryts flödet antingen tvärt genom att spolen rycks ut, eller vänds spolen, eller släcks strömmen i lindningen, och sedan integreras den spänningspuls som uppstått. Den absoluta noggrannheten hos en sådan mätning begränsas av integratorns drift och av kunskapen om varvens area, och är sällan bättre än en tiondels procent. Kvantiseringen av flödet ändrade bilden: i en supraledande ring kan flödet bara anta värden som är multipler av Φ₀ = h/2e, och den portionen är känd exakt, eftersom Plancks konstant och elektronens laddning sedan 2019 är fastställda med tal. En SQUID som räknar sådana portioner skiljer en flödesändring på en miljondels kvant — en känslighet som gör det möjligt att teckna upp hjärtats magnetfält genom bröstkorgen och hjärnans genom skallen. Själva kvantet är därvid försvinnande litet: för att få ihop en weber behövs nära femhundra biljoner av dem.
Katalog · måttenheter
Ett datablad för varje storhet
Sju SI-basenheter, tjugotvå härledda med egna namn och de enheter utanför systemet som varken tekniken eller vardagen klarar sig utan. Var och en har sitt eget blad: definition, omräkning, instrument, skrivregler. På 23 språk.
Härledda SI-enheter med eget namn
databladet för webern är öppetSI-basenheter
i terrakotta — de fyra enheter som webern byggs avMagnetiskt flöde i andra system
Databladets språk
23 språk. Tecknet Wb är internationellt, men vanan att mäta i maxwell håller i sig ojämnt: i den ryska och den japanska litteraturen om magnetiska material möter man CGS-enheterna än i dag.