Vêbe
Đơn vị dẫn xuất SI · đại lượng: từ thông
01 · Định nghĩa
Một weber là từ thông mà khi biến mất trong một giây sẽ cảm ứng một vôn trong một vòng dây. Định nghĩa qua sự biến thiên không phải ngẫu nhiên: bản thân từ thông chẳng tạo ra gì, chỉ có sự thay đổi của nó là làm việc. Toàn bộ ngành năng lượng đứng trên điều này — máy phát, máy biến áp, bếp từ. Từ thông bằng cảm ứng từ nhân diện tích: một tesla trên mét vuông chính là một weber.
Từ đó mà có sự khác nhau giữa weber và tesla, điều hay bị lẫn nhất. Tesla là mật độ từ thông, từ thông trên mét vuông; weber là toàn bộ từ thông qua trọn một chu tuyến. Một nam châm neođim mạnh cho hơn một tesla ở bề mặt, nhưng từ thông qua tiết diện nhỏ của nó chỉ là vài phần trăm weber. Để gom trọn một weber cần hoặc diện tích lớn hoặc từ trường mạnh: một vòng dây một mét vuông trong từ trường Trái Đất chỉ bắt được năm mươi micrôweber.
Hai vòng dây trong cùng một từ trường đều thấy cùng một cảm ứng từ tính bằng tesla, nhưng từ thông tính bằng weber lại khác nhau: nó tỉ lệ với diện tích. Từ đó cũng suy ra quy tắc thiết kế máy phát: có thể tăng suất điện động bằng cách tăng từ trường, mở rộng vòng dây, thêm vòng, hoặc quay nhanh hơn. Cách thứ nhất bị giới hạn bởi sự bão hòa của sắt quanh hai tesla, cách thứ hai và thứ ba bởi kích thước và điện trở cuộn dây, nên máy công nghiệp đụng vào cách thứ tư và chạy ở vòng quay cao.
02 · Quy đổi
Nhập một từ thông — phiếu sẽ tách nó ra theo đơn vị
Maxwell là đơn vị từ thông trong hệ CGS, nhỏ hơn weber một trăm triệu lần. Trong tài liệu cũ về máy điện, mọi tính toán đều chạy bằng maxwell và gauss; việc chuyển sang weber và tesla chỉ diễn ra vào những năm 1960. Các kỹ sư đếm đường sức trên bản vẽ theo đúng nghĩa đen: một đường, một maxwell. Từ đó mà có lối nói «dòng các đường sức».
Trong máy biến áp, từ thông định ra kích thước: lõi phải chịu càng nhiều vôn-giây thì tiết diện càng lớn. Từ đó có quy tắc mà người thiết kế nào cũng quen: máy biến áp lưới ở năm mươi héc to gấp đôi máy cùng công suất ở một trăm héc, còn nguồn xung ở một trăm kilôhéc thì xoay xở được với một vòng ferit bằng móng tay. Chỉ có thể thu nhỏ tiết diện bằng cách nâng tần số — nếu không sắt sẽ vào bão hòa, từ thông thôi lớn lên cùng dòng điện, và cuộn dây cháy.
| Đơn vị | Tên | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| Wb | weber, đơn vị SI | 1 | đơn vị xuất phát của phiếu này |
| mWb | miliweber | 1000 | tiền tố làm việc của các phép tính từ |
| µWb | micrôweber | 1000000 | dưới đó bắt đầu xứ sở của các SQUID |
| nWb | nanôweber | 10⁹ | ở đây máy đo weber vẫn làm việc chắc chắn |
| V·s | vôn-giây | 1 | vẫn điều ấy nói cách khác: weber chính là vôn-giây |
| T·m² | tesla trên m² | 1 | cách viết đúng, nhưng từ năm 1960 đại lượng đã có tên riêng |
| Φ₀ | lượng tử của từ thông | 4,836·10¹⁴ | h/2e — giá trị chính xác theo định nghĩa năm 2019 |
| Mx | maxwell, CGS | 10⁸ | đúng một trăm triệu trong một weber |
| kMx | kilômaxwell | 100000 | một bội số tiện cho việc tính máy |
| G·cm² | gauss trên cm² | 10⁸ | vẫn như maxwell: một đường trên một xentimét vuông |
| line | đường sức | 10⁸ | các kỹ sư đếm từng đường một trên bản vẽ |
| Wb | vêbe | 1 | đơn vị xuất phát của phiếu này |
Weber là tâm của bộ ba từ: chia cho diện tích được tesla, chia cho dòng điện được henry, chia cho thời gian được vôn
03 · Bậc độ lớn
từ lượng tử từ thông đến nam châm máy gia tốcMột weber: một cỗ máy lớn, hoặc một nam châm mạnh có diện tích lớn
04 · Dụng cụ đo
Từ thông được đo bằng gì
Khung quay có mômen quán tính lớn: trong thời gian xung nó không kịp quay, nên độ lệch đầu tiên tỉ lệ với toàn bộ điện tích đã đi qua, mà điện tích ấy lại tỉ lệ với biến thiên từ thông. Đó là dụng cụ kinh điển của các phòng thí nghiệm từ, mãi đến những năm bảy mươi mới bị các bộ tích phân điện tử đẩy đi.
Bộ tích phân điện tử: cộng dồn điện áp của cuộn đo theo thời gian và trả ngay vôn-giây. Tai họa chính của nó là trôi điểm không: bộ tích phân góp cả độ lệch riêng của bộ khuếch đại, nên phép đo bắt đầu bằng việc đặt lại và gói gọn trong vài giây.
Người ta đặt vào từ trường những vòng dây đã biết diện tích rồi giật mạnh ra, hoặc lật một trăm tám mươi độ. Xung điện áp đã lấy tích phân cho toàn bộ từ thông từng đi qua chúng — cách trực tiếp nhất để đo weber ngay từ định nghĩa của đơn vị.
Một vòng siêu dẫn với hai tiếp giáp Josephson: từ thông qua nó chỉ có thể đổi theo từng phần hai femtôweber và một chút, và máy đếm chính những phần ấy. Từ kế nhạy nhất hiện có — nó bắt được từ trường của một bộ não đang làm việc.
05 · Quy tắc viết
Wb — hai chữ cái, và chữ thứ hai viết thường
Ký hiệu viết liền một khối, và tiền tố đứng trước cả khối ấy: mWb, µWb. Một chữ W hoa đứng lẻ bên cạnh là oát, một đại lượng hoàn toàn khác. Từ thông ký hiệu bằng chữ Hy Lạp Φ, còn sự biến thiên của nó bằng dΦ; trong các công thức cảm ứng, dấu trừ là bắt buộc, nó diễn đạt quy tắc Lenz.
Từ thông móc vòng — từ thông nhân số vòng — được đo bằng chính weber ấy nhưng ký hiệu là Ψ. Khi tính cuộn dây, không được lẫn Φ với Ψ: chênh nhau tới hàng trăm lần. Ký hiệu tiếng Nga là Вб. Cách viết «weber trên mét vuông» đúng về kỹ thuật và bằng tesla, nhưng không nên dùng: từ năm 1960 đại lượng ấy đã có tên riêng.
06 · Các đơn vị lân cận
Weber buộc từ tính vào điện: chia cho diện tích cho ra tesla, chia cho dòng điện cho ra henry, lấy đạo hàm theo thời gian cho ra vôn.
weber trên mét vuông
từ thông
weber trên ampe
Trong các phiếu của Simetrium kề bên weber là tesla như mật độ của chính từ thông ấy, henry từ định nghĩa độ tự cảm, vôn s một giây, tích của hai đơn vị ấy, cùng với maxwell và gauss — những bậc tiền bối của chúng trong hệ CGS.
07 · Phần lịch sử
Trước weber người ta đo từ thông bằng gì
Faraday quấn hai cuộn dây lên một vòng sắt và nhận ra kim điện kế chỉ giật đúng vào lúc đóng và ngắt dòng. Từ trường không đổi chẳng cho gì cả — chỉ sự thay đổi của nó là làm việc.
Weber cùng với Gauss dựng nên máy điện báo điện từ đầu tiên và là người đầu tiên quy các phép đo điện về phép đo cơ. Đơn vị từ thông mang tên ông.
Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế đặt tên weber cho đơn vị từ thông thực dụng, là bội của maxwell theo lũy thừa của mười. Hội nghị Toàn thể đưa nó vào hệ cùng với vôn, ampe và các đơn vị điện còn lại.
Deaver và Fairbank ở Stanford, cùng lúc ấy Doll và Näbauer ở München, đo từ thông trong một hình trụ siêu dẫn và thấy nó là bội của một phần cơ bản. Con số hai ở mẫu đã xác nhận rằng điện tích do các cặp electron mang.
Không thể rót từ thông ra thành phần tùy ý — thiên nhiên đong nó theo từng phần
Từ thông không chịu phép đo trực tiếp: bất kỳ dụng cụ nào cũng đáp lại không phải bản thân từ thông mà sự biến thiên của nó. Vì vậy người ta hoặc ngắt phăng từ thông bằng cách giật cuộn dây ra, hoặc lật cuộn dây, hoặc dập dòng trong cuộn, rồi lấy tích phân xung điện áp sinh ra. Độ chính xác tuyệt đối của phép đo như thế bị giới hạn bởi độ trôi của bộ tích phân và bởi hiểu biết về diện tích các vòng, và hiếm khi tốt hơn một phần nghìn. Sự lượng tử hóa từ thông đã đổi bức tranh: trong vòng siêu dẫn, từ thông chỉ nhận những giá trị là bội của Φ₀ = h/2e, và phần ấy được biết chính xác, bởi hằng số Planck và điện tích electron từ năm 2019 đã được ấn định bằng số. Một SQUID đếm những phần như thế phân biệt được biến thiên từ thông cỡ một phần triệu lượng tử — độ nhạy cho phép ghi từ trường của tim qua lồng ngực và của não qua hộp sọ. Bản thân lượng tử thì nhỏ đến mức không đáng kể: để gom đủ một weber cần gần năm trăm nghìn tỉ lượng tử.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng, và những đơn vị ngoài hệ mà cả kỹ thuật lẫn đời thường đều không thể thiếu. Mỗi đơn vị một tờ riêng: định nghĩa, quy đổi, dụng cụ, quy tắc viết. Bằng 36 ngôn ngữ.
Đơn vị dẫn xuất SI có tên riêng
phiếu của weber đang mởĐơn vị cơ bản của SI
màu đất nung — bốn đơn vị làm nên weberTừ thông trong các hệ khác
Ngôn ngữ của phiếu
36 ngôn ngữ. Ký hiệu Wb mang tính quốc tế, còn thói quen đo bằng maxwell thì bám trụ không đều: trong tài liệu tiếng Nga và tiếng Nhật về vật liệu từ, các đơn vị CGS vẫn gặp đến tận hôm nay.