Weber
Türetilmiş SI birimi · büyüklük: manyetik akı
01 · Tanım
Bir weber, bir saniyede yok olurken bir sarımda bir volt indükleyen akıdır. Tanımın değişim üzerinden verilmesi rastlantı değildir: manyetik akı kendi başına hiçbir şey yaratmaz, yalnızca değişimi iş görür. Bütün enerji tekniği buna dayanır — jeneratör, transformatör, indüksiyonlu ocak. Akı, indükleme çarpı alandır: metrekare başına bir tesla tam olarak bir weberdir.
Weber ile tesla arasındaki, en sık karıştırılan fark buradan gelir. Tesla akı yoğunluğudur, metrekare başına akı; weber ise bir konturun tamamından geçen bütün akıdır. Güçlü bir neodim mıknatıs yüzeyinde bir teslanın üstünü verir, ama küçük kesitinden geçen akı weberin yüzde birleridir. Tam bir weberi toplamak için ya geniş alan ya güçlü alan gerekir: bir metrekarelik ilmek yer manyetik alanında topu topu elli mikroweber yakalar.
Bir ve aynı düzgün alandaki iki ilmek, tesla cinsinden aynı indüklemeyi görür ama weber cinsinden farklı akıyı: akı alanla orantılıdır. Buradan jeneratör tasarımının kuralı da çıkar: elektromotor kuvvet ya alanı güçlendirerek, ya ilmeği genişleterek, ya sarım ekleyerek, ya da daha hızlı döndürerek artırılabilir. İlkini demirin iki tesla dolayındaki doyumu sınırlar, ikinci ile üçüncüyü sargının boyu ve direnci, bu yüzden endüstriyel makineler dördüncüye toslar ve yüksek devirde çalışır.
02 · Dönüşüm
Bir akı girin — künye onu birimlere ayırır
Maxwell, CGS dizgesinde akının birimidir, weberden yüz milyon kez küçüktür. Elektrik makineleri üstüne eski yazında bütün hesaplar maxwell ve gauss ile yürür; weber ile teslaya geçiş ancak 1960’larda oldu. Mühendisler kuvvet çizgilerini çizim üzerinde harfiyen sayardı: bir çizgi, bir maxwell. «Çizgi akısı» deyimi de buradan gelir.
Bir transformatörde akı boyu belirler: çekirdeğin dayanması gereken volt-saniye ne kadar çoksa, kesiti de o kadar büyüktür. Buradan her tasarımcının bildiği kural: elli hertzlik bir şebeke transformatörü, aynı güçteki yüz hertzlik olandan iki kat iridir; yüz kilohertzlik bir anahtarlamalı kaynak ise tırnak büyüklüğünde bir ferrit halkayla idare eder. Kesit ancak frekans yükseltilerek küçültülebilir — yoksa demir doyuma girer, akı akımla birlikte büyümeyi bırakır ve sargı yanar.
| Birim | Ad | Değer | Nerede karşılaşılır |
|---|---|---|---|
| Wb | weber, SI birimi | 1 | bu künyenin başlangıç birimi |
| mWb | miliweber | 1000 | manyetik hesapların çalışma öneki |
| µWb | mikroweber | 1000000 | altında SQUID’lerin ülkesi başlar |
| nWb | nanoweber | 10⁹ | burada bir weberölçer hâlâ güvenle çalışır |
| V·s | volt-saniye | 1 | aynı şey başka sözcüklerle: weber volt-saniyedir |
| T·m² | m² başına tesla | 1 | yazım doğru, ama 1960’tan beri büyüklüğün kendi adı var |
| Φ₀ | akı kuantumu | 4,836·10¹⁴ | h/2e — 2019 tanımına göre kesin bir değer |
| Mx | maxwell, CGS | 10⁸ | bir weberde tam yüz milyon |
| kMx | kilomaxwell | 100000 | makine hesapları için elverişli bir kat |
| G·cm² | cm² başına gauss | 10⁸ | maxwell ile aynı şey: bir santimetrekaredeki bir çizgi |
| line | kuvvet çizgisi | 10⁸ | mühendisler çizimdeki çizgileri tek tek sayardı |
| Wb | weber | 1 | bu künyenin başlangıç birimi |
Weber manyetik üçlünün ortasıdır: alana bölün, tesla elde edersiniz; akıma bölün, henry; zamana bölün, volt
03 · Büyüklük mertebeleri
akı kuantumundan hızlandırıcı mıknatısınaBir weber: büyük bir makine ya da geniş alanlı güçlü bir mıknatıs
04 · Ölçüm aletleri
Manyetik akı neyle ölçülür
Büyük eylemsizlik momentli döner çerçeve: darbe boyunca dönmeye vakit bulamaz, bu yüzden ilk savrulma geçen bütün yükle orantılıdır, o da akının değişimiyle. Manyetik laboratuvarların klasik aleti; elektronik integratörlerin onu kovması ancak yetmişlere doğru oldu.
Elektronik integratör: ölçme bobininin gerilimini zaman boyunca toplar ve hemen volt-saniye verir. Baş belası sıfır kaymasıdır: integratör yükseltecin kendi kaymasını da biriktirir, bu yüzden ölçüme sıfırlamayla başlanır ve birkaç saniyede bitirilir.
Alanı bilinen sarımlar alana konur ve bir anda dışarı çekilir ya da yüz seksen derece döndürülür. İntegre edilen gerilim darbesi, içlerinden geçen bütün akıyı verir — weberi birimin tanımından doğrudan ölçmenin en dolaysız yolu.
İki Josephson eklemli süperiletken halka: içinden geçen akı yalnızca iki femtoweber ve biraz fazlası büyüklüğünde paylarla değişebilir ve alet bu payları sayar. Var olan en duyarlı manyetometre — çalışan bir beynin manyetik alanını yakalar.
05 · Yazım kuralları
Wb — iki harf, ikincisi küçük
Simge tek parça yazılır ve önek onun tümünün önüne gelir: mWb, µWb. Yanındaki tek başına büyük W watttır, bambaşka bir büyüklük. Akı Yunan harfi Φ ile, değişimi ise dΦ ile gösterilir; indükleme bağıntılarında eksi işareti zorunludur, Lenz kuralını dile getirir.
Akı halkalanması — akı çarpı sarım sayısı — aynı weberle ölçülür ama Ψ ile gösterilir. Bobin hesaplarında Φ ile Ψ karıştırılamaz: fark yüzlerce katı bulur. Rusça simge Вб’dir. «Metrekare başına weber» yazımı teknik olarak doğrudur ve teslaya eşittir, ama kullanılmamalıdır: 1960’tan beri bu büyüklüğün kendi adı vardır.
06 · Komşu birimler
Weber manyetizmayı elektriğe bağlar: alana bölününce tesla verir, akıma bölününce henry, zamana göre türevi alınınca volt.
metrekare başına weber
manyetik akı
amper başına weber
Simetrium’un künyelerinden webere komşu olanlar tesla aynı akının yoğunluğu olarak, henry indüktans tanımından, volt s bir saniyeyle, çarpımı olduğu, ayrıca maxwell ve gauss — CGS dizgesindeki öncülleri.
07 · Tarihsel bölüm
Weberden önce akı neyle ölçülürdü
Faraday bir demir halkaya iki sargı sardı ve galvanometre ibresinin ancak akımın açıldığı ve kapandığı anda seğirdiğini fark etti. Değişmeyen alan hiçbir şey vermez — yalnızca değişimi iş görür.
Weber, Gauss ile birlikte ilk elektromanyetik telgrafı kurdu ve elektrik ölçümlerini mekanik ölçümlere ilk indirgeyen kişi oldu. Manyetik akı birimi onun adını taşır.
Uluslararası Elektroteknik Komisyonu, akının pratik birimine weber adını verdi; bu birim maxwell’in on kuvvetiyle katıdır. Genel Konferans onu volt, amper ve öteki elektrik birimleriyle birlikte dizgeye soktu.
Stanford’da Deaver ile Fairbank ve aynı sırada Münih’te Doll ile Näbauer, süperiletken bir silindirde akıyı ölçtü ve onu temel bir payın katı buldu. Paydadaki iki, yükü elektron çiftlerinin taşıdığını doğruladı.
Akı istenen paylara dökülmez — doğa onu porsiyonlarla ölçer
Manyetik akı doğrudan ölçüme gelmez: hangi alet olursa olsun akının kendisine değil, değişimine yanıt verir. Bu yüzden akı ya bobin çekilip çıkarılarak birden koparılır, ya bobin ters çevrilir, ya da sargıdaki akım söndürülür; ardından doğan gerilim darbesi integre edilir. Böyle bir ölçümün mutlak doğruluğunu integratörün kayması ve sarımların alanının bilinmesi sınırlar, ve yüzde birin onda birinden iyi olması seyrektir. Akının kuantumlanması tabloyu değiştirdi: süperiletken bir halkada akı yalnızca Φ₀ = h/2e’nin katı olan değerleri alabilir ve bu pay kesin olarak bilinir, çünkü Planck sabiti ile elektron yükü 2019’dan beri sayılarla verilidir. Böyle payları sayan bir SQUID, kuantumun milyonda biri kadar bir akı değişimini ayırt eder — kalbin manyetik alanını göğüs kafesinden, beyninkini kafatasından kaydetmeye yeten bir duyarlık. Kuantumun kendisi ise yok denecek kadar küçüktür: tek bir weberi toplamak için onlardan neredeyse beş yüz trilyon gerekir.
Katalog · ölçü birimleri
Her büyüklük için bir künye
Yedi temel SI birimi, kendi adı olan yirmi iki türetilmiş birim ve ne tekniğin ne de günlük yaşamın onsuz edemediği sistem dışı birimler. Her birinin kendi sayfası var: tanım, dönüşüm, aletler, yazım kuralları. 32 dilde.
Kendi adı olan türetilmiş SI birimleri
weber künyesi açıkTemel SI birimleri
terrakota renginde — weberi kuran dört birimBaşka dizgelerde manyetik akı
Künyenin dili
32 dil. Wb simgesi uluslararasıdır, ama maxwell ile ölçme alışkanlığı eşit tutmuyor: manyetik malzemelere dair Rusça ve Japonca yazında CGS birimleri bugün de karşımıza çıkıyor.