Weba
Kipimo kitokanacho cha SI · kipimo: mtiririko wa sumaku
01 · Ufafanuzi
Weber moja ni ule mtiririko ambao, ukitoweka katika sekunde moja, huingiza volti moja katika mzunguko mmoja. Ufafanuzi kupitia mabadiliko si wa bahati mbaya: mtiririko wa sumaku wenyewe hauumbi chochote, kinachofanya kazi ni mabadiliko yake tu. Juu ya hili ndipo umesimama uhandisi wote wa nishati — jenereta, kibadilishaji, jiko la uingizaji. Mtiririko ni uingizaji mara eneo: tesla moja kwa mita mraba ni weber moja hasa.
Kutoka hapa hutokea tofauti kati ya weber na tesla, ile inayochanganywa mara nyingi zaidi. Tesla ni msongamano wa mtiririko, mtiririko kwa mita mraba; weber ni mtiririko wote kupitia mzingo mzima. Sumaku ya neodimiamu yenye nguvu hutoa zaidi ya tesla moja usoni mwake, lakini mtiririko kupitia eneo lake dogo la mkato ni sehemu za mia za weber. Kukusanya weber nzima huhitaji ama eneo kubwa ama uga wenye nguvu: kitanzi cha mita mraba moja katika uga wa Dunia hunasa mikroweber hamsini tu.
Vitanzi viwili katika uga mmoja ulio sawa huona uingizaji ule ule kwa tesla, lakini mtiririko tofauti kwa weber: mtiririko unalingana na eneo. Kutoka hapa hufuata pia kanuni ya kubuni jenereta: nguvu ya kusukuma umeme yaweza kuinuliwa kwa kuimarisha uga, kupanua kitanzi, kuongeza mizunguko, au kuzungusha haraka zaidi. Ya kwanza inazuiwa na kujaa kwa chuma karibu tesla mbili, ya pili na ya tatu na ukubwa na ukinzani wa sokoto, ndiyo maana mashine za viwandani hugonga ya nne na hufanya kazi kwa mizunguko ya juu.
02 · Kubadilisha
Weka mtiririko — karatasi itaugawa kwa vipimo
Maxwell ni kipimo cha mtiririko katika mfumo wa CGS, kidogo mara milioni mia moja kuliko weber. Katika maandishi ya zamani kuhusu mashine za umeme mahesabu yote huenda kwa maxwell na gauss; kuhamia weber na tesla kulitokea miaka ya 1960 tu. Wahandisi walihesabu mistari ya nguvu kwenye mchoro kihalisi: mstari mmoja, maxwell moja. Kutoka hapo pia msemo «mtiririko wa mistari».
Katika kibadilishaji, mtiririko ndio huamua ukubwa: kadiri volti-sekunde nyingi zaidi zinazopaswa kuhimiliwa na kiini, ndivyo eneo lake la mkato linavyokuwa kubwa. Kutoka hapa huja kanuni anayoijua kila mbunifu: kibadilishaji cha gridi kwenye hertz hamsini ni kikubwa mara mbili kuliko chenye nguvu sawa kwenye hertz mia moja, ilhali chanzo cha kubadilisha kwenye kilohertz mia moja hutosheka na pete ya feriti yenye ukubwa wa ukucha. Eneo la mkato laweza kupunguzwa tu kwa kuinua masafa — la sivyo chuma huingia kwenye kujaa, mtiririko huacha kukua pamoja na mkondo, na sokoto huungua.
| Kipimo | Jina | Thamani | Inapopatikana |
|---|---|---|---|
| Wb | weber, kipimo cha SI | 1 | kipimo cha kuanzia cha karatasi hii |
| mWb | miliweber | 1000 | kiambishi cha kazi cha mahesabu ya sumaku |
| µWb | mikroweber | 1000000 | chini yake huanza nchi ya SQUID |
| nWb | nanoweber | 10⁹ | hapa kipimio cha weber bado hufanya kazi kwa uhakika |
| V·s | volti-sekunde | 1 | jambo lile lile kwa maneno mengine: weber ndiyo volti-sekunde |
| T·m² | tesla kwa m² | 1 | uandishi ni sahihi, lakini tangu 1960 kipimo kina jina lake mwenyewe |
| Φ₀ | kwanta ya mtiririko | 4.836·10¹⁴ | h/2e — thamani sahihi kwa mujibu wa ufafanuzi wa 2019 |
| Mx | maxwell, CGS | 10⁸ | milioni mia moja hasa katika weber moja |
| kMx | kilomaxwell | 100000 | kizidishi rahisi kwa mahesabu ya mashine |
| G·cm² | gauss kwa cm² | 10⁸ | jambo lile lile kama maxwell: mstari mmoja kwenye sentimita mraba moja |
| line | mstari wa nguvu | 10⁸ | wahandisi walihesabu mistari ya mchoro mmoja baada ya mwingine |
| Wb | weba | 1 | kipimo cha kuanzia cha karatasi hii |
Weber ni kitovu cha utatu wa sumaku: gawanya kwa eneo upate tesla, gawanya kwa mkondo upate henri, gawanya kwa muda upate volti
03 · Madaraja ya ukubwa
kutoka kwanta ya mtiririko hadi sumaku ya kiongeza kasiWeber moja: mashine kubwa, au sumaku yenye nguvu na eneo kubwa
04 · Vifaa vya kupima
Mtiririko wa sumaku hupimwa kwa nini
Kiunzi kinachozunguka chenye msukumo mkubwa wa hali: wakati wa mpigo hakipati nafasi ya kugeuka, ndiyo maana mrukio wa kwanza unalingana na chaji yote iliyopita, nayo inalingana na badiliko la mtiririko. Ni kifaa cha kawaida cha maabara za sumaku, kilichofukuzwa na vikamilishi vya kielektroniki kufikia miaka ya sabini tu.
Kikamilishi cha kielektroniki: hujumlisha volteji ya kikoili cha kupima kwa muda na hutoa volti-sekunde mara moja. Tatizo lake kuu ni uteleaji wa sifuri: kikamilishi hukusanya pia mwelekeo wake wa kikuza, ndiyo maana kipimo huanza kwa kuweka sifuri na hukamilika ndani ya sekunde chache.
Mizunguko yenye eneo linalojulikana huwekwa katika uga kisha huchomolewa kwa mpigo mmoja, au hugeuzwa digrii mia moja na themanini. Mpigo wa volteji uliokamilishwa hutoa mtiririko wote uliokuwa ukipita ndani yake — njia ya moja kwa moja kabisa ya kupima weber kutoka ufafanuzi wa kipimo chenyewe.
Pete ya upitishaji mkuu yenye viungio viwili vya Josephson: mtiririko kupitia kwake waweza kubadilika kwa mafungu ya femtoweber mbili na kidogo tu, na kifaa huhesabu mafungu hayo. Ni kipima sumaku chenye usikivu zaidi kilichopo — hunasa uga wa sumaku wa ubongo unaofanya kazi.
05 · Kanuni za kuandika
Wb — herufi mbili, na ya pili ndogo
Alama huandikwa kipande kimoja, na kiambishi husimama mbele ya nzima: mWb, µWb. W kubwa moja peke yake kando yake ni wati, kipimo tofauti kabisa. Mtiririko huandikwa kwa herufi ya Kigiriki Φ, na badiliko lake kwa dΦ; katika fomula za uingizaji alama ya kutoa ni ya lazima, inaeleza kanuni ya Lenz.
Muunganiko wa mtiririko — mtiririko mara idadi ya mizunguko — hupimwa kwa weber zile zile lakini huandikwa Ψ. Katika mahesabu ya vikoili, Φ na Ψ haviwezi kuchanganywa: tofauti hufika mara mia kadhaa. Alama ya Kirusi ni Вб. Uandishi «weber kwa mita mraba» ni sahihi kiufundi na ni sawa na tesla, lakini haufai kutumiwa: tangu 1960 kipimo hicho kina jina lake mwenyewe.
06 · Vipimo jirani
Weber huufunga usumaku kwenye umeme: ukigawanywa kwa eneo hutoa tesla, ukigawanywa kwa mkondo hutoa henri, ukitofautishwa kwa muda hutoa volti.
weber kwa mita mraba
mtiririko wa sumaku
weber kwa ampea
Miongoni mwa karatasi za Simetrium kinachopakana na weber ni tesla kama msongamano wa mtiririko ule ule, henri kutoka ufafanuzi wa uzalishaji, volti s sekunde moja, ambavyo weber ni zidisho lake, na pia maxwell na gauss — watangulizi wao katika mfumo wa CGS.
07 · Sehemu ya kihistoria
Kabla ya weber mtiririko ulipimwa kwa nini
Faraday alizungusha sokoto mbili kwenye pete ya chuma na akaona kuwa mshale wa galvanomita hutetemeka tu katika kitambo cha kuwasha na kuzima mkondo. Uga usiobadilika hautoi chochote — kinachofanya kazi ni badiliko lake tu.
Weber pamoja na Gauss walijenga telegrafu ya kwanza ya sumakuumeme, naye alikuwa wa kwanza kurudisha vipimo vya umeme kwenye vipimo vya mitambo. Kipimo cha mtiririko wa sumaku kinabeba jina lake.
Tume ya Kimataifa ya Ufundi Umeme iliipa kipimo cha kutumika cha mtiririko jina la weber, kizidishi cha maxwell kwa nguvu ya kumi. Kongamano Kuu liliiingiza katika mfumo pamoja na volti, ampea na vipimo vingine vya umeme.
Deaver na Fairbank huko Stanford, na wakati huo huo Doll na Näbauer huko München, walipima mtiririko katika silinda ya upitishaji mkuu na kuukuta ni kizidishi cha fungu la msingi. Namba mbili kwenye kigawanyo ilithibitisha kuwa chaji hubebwa na jozi za elektroni.
Mtiririko hauwezi kumiminwa katika sehemu zozote — asili huupima kwa mafungu
Mtiririko wa sumaku haujisalimishi kwa kipimo cha moja kwa moja: kifaa chochote hujibu si kwa mtiririko wenyewe, bali kwa mabadiliko yake. Kwa hiyo mtiririko ama hukatwa ghafla kwa kuchomoa kikoili, ama kikoili hugeuzwa, ama mkondo katika sokoto huzimwa, kisha mpigo wa volteji uliozuka hukamilishwa. Usahihi kamili wa kipimo cha namna hiyo huzuiwa na uteleaji wa kikamilishi na kwa kujua eneo la mizunguko, na mara chache huwa bora kuliko sehemu moja ya elfu. Ukwantishaji wa mtiririko ulibadilisha picha hii: katika pete ya upitishaji mkuu mtiririko waweza kuchukua thamani zilizo vizidishi vya Φ₀ = h/2e tu, na fungu hilo linajulikana kwa usahihi, kwa kuwa konstanti ya Planck na chaji ya elektroni tangu 2019 zimewekwa kwa namba. SQUID inayohesabu mafungu hayo hutofautisha badiliko la mtiririko la sehemu moja ya milioni ya kwanta — usikivu unaoruhusu uga wa sumaku wa moyo kuandikwa kupitia kifua na wa ubongo kupitia fuvu. Hata hivyo kwanta yenyewe ni ndogo mno hadi kutoonekana: kukusanya weber moja huhitaji karibu trilioni mia tano kati yake.
Orodha · vipimo
Karatasi kwa kila kipimo
Vipimo saba vya msingi vya SI, vipimo ishirini na viwili vitokanavyo vyenye majina yake, na vipimo vya nje ya mfumo ambavyo bila hivyo ufundi wala maisha ya kila siku havipiti. Kila kimoja kina ukurasa wake: ufafanuzi, kubadilisha, vifaa, kanuni za kuandika. Katika lugha 36.
Vipimo vitokanavyo vya SI vyenye jina lake
karatasi ya weber imefunguliwaVipimo vya msingi vya SI
kwa rangi ya udongo wa kuchoma — vipimo vinne vinavyounda weberMtiririko wa sumaku katika mifumo mingine
Lugha ya karatasi
Lugha 36. Alama Wb ni ya kimataifa, lakini mazoea ya kupima kwa maxwell yamedumu bila usawa: katika maandishi ya Kirusi na Kijapani kuhusu vitu vya sumaku, vipimo vya CGS bado hukutwa hadi leo.