Manyetik alanları ölçmenin ilkeleri, manyetik alan parametrelerini ölçmek için aletler

Dünyanın manyetik kutuplarına yön gösteren ilk manyetik pusulalar MÖ 3. yüzyılda Çin'de ortaya çıktı. Bunlar, manyetik demir cevherinden yapılmış kısa saplı yuvarlak kepçeler şeklindeki cihazlardı.

Kaşık, dışbükey kısmı ile pürüzsüz bir bakır veya ahşap yüzey üzerine yerleştirildi ve üzerine zodyak burçlarının görüntüleri ile kardinal noktaları gösteren bölümler çizildi. Pusulayı etkinleştirmek için kaşığa hafifçe bastırıldı ve dönmeye başladı. Sonunda, kaşık durduğunda sapı tam olarak doğruydu. dünyanın güney manyetik kutbuna doğru.

On ikinci yüzyıldan itibaren pusulalar, Avrupa'daki gezginler tarafından aktif olarak kullanıldı. Manyetik sapmayı belirlemek için hem kara taşımacılığına hem de deniz araçlarına yerleştirildiler.

18. yüzyılın sonundan itibaren, manyetik fenomenler o zamanın bilim adamları için dikkatli bir çalışmanın konusu haline geldi. 1785'te Pendant, Dünya'nın manyetik alanının gücünü ölçmek için bir yöntem önerdi. 1832'deGauss, manyetik alan şiddetinin mutlak değerinin daha doğru ölçümlerle belirlenebileceğini gösterdi.

Elektrik yüklerinin hareketi sırasında gözlenen manyetik olaylar ile kuvvet etkileri arasındaki bağlantı ilk olarak 1820'de Oersted tarafından kuruldu. Maxwell daha sonra bu ilişkiyi rasyonel biçimde yazacaktı - matematiksel denklemler şeklinde (1873):

Bugüne kadar, manyetik alanın parametrelerini ölçmek için aşağıdaki teknik kullanılmıştır:

• teslametreler - H kuvvetinin değerlerini veya manyetik alan B'nin indüksiyonunu ölçmek için cihazlar;

• webmetreler - manyetik akının Ф büyüklüğünü ölçmek için araçlar;

• gradiometers - manyetik alan homojenliklerini ölçmek için cihazlar.

ayrıca var:

• manyetik momenti M ölçmek için cihazlar;

• B vektörünün yönünü ölçmek için aletler;

• çeşitli malzemelerin manyetik sabitlerini ölçmek için aletler.

Manyetik indüksiyon vektörü B, güçlü yan etkinin yoğunluğunu karakterize eder manyetik alan (direğe veya akıma) ve bu nedenle uzayda belirli bir noktada ana özelliğidir.

Bu nedenle, incelenen manyetik alan, bir mıknatıs veya bir akım elemanı ile güçlü bir şekilde etkileşime girebilir ve ayrıca devreye giren manyetik alan zamanla değişirse veya devre göreceli olarak konum değiştirirse devrede bir indüksiyon EMF indükleme yeteneğine sahiptir. manyetik alan

Manyetik indüksiyon B alanında dl uzunluğunda akım taşıyan bir eleman, değeri aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilen bir F kuvveti tarafından etkilenecektir:

Bu nedenle, incelenen manyetik alanın indüksiyonu B, bu manyetik alana yerleştirilmiş, belirli bir l uzunluğundaki bir iletkene I bilinen bir doğru akımla etki eden F kuvveti tarafından bulunabilir.

Uygulamada, manyetik ölçümler, manyetik moment adı verilen bir nicelik kullanılarak rahatlıkla gerçekleştirilir. Pm manyetik momenti, I akımı ile S bölgesinin konturunu karakterize eder ve manyetik momentin büyüklüğü aşağıdaki şekilde belirlenir:

N dönüşlü bir bobin kullanılırsa, manyetik momenti şuna eşit olacaktır:

Manyetik etkileşim kuvvetinin mekanik momenti M, manyetik moment Pm ve manyetik alan endüksiyonu B değerlerine göre aşağıdaki gibi bulunabilir:

Bununla birlikte, bir manyetik alanı ölçmek için mekanik kuvvetin tezahürlerini kullanmak her zaman uygun değildir. Neyse ki, güvenebileceğiniz başka bir fenomen daha var. Bu, elektromanyetik indüksiyon olgusudur. Elektromanyetik indüksiyon yasası matematiksel olarak şu şekilde yazılır:

Böylece, manyetik alan kendisini kuvvetler veya indüklenmiş EMF olarak gösterir. Bu durumda manyetik alanın kaynağı bilindiği üzere elektrik akımıdır.

Uzayda belirli bir noktada manyetik alanı oluşturan akım biliniyorsa, o noktadaki (mevcut elemandan r mesafesindeki) manyetik alan şiddeti bulunabilir. Biot-Savart-Laplace yasasını kullanarak:

Bir vakumdaki manyetik indüksiyon B'nin, aşağıdaki ilişkiyle manyetik alan kuvveti H (karşılık gelen akım tarafından üretilen) ile ilişkili olduğuna dikkat edilmelidir:

SI sistemindeki vakum manyetik sabiti amper cinsinden tanımlanır.Rastgele bir ortam için bu sabit, belirli bir ortamdaki manyetik indüksiyonun vakumdaki manyetik indüksiyona oranıdır ve bu sabite denir. ortamın manyetik geçirgenliği:

Havanın manyetik geçirgenliği pratik olarak vakumun manyetik geçirgenliği ile çakışır; bu nedenle, hava için manyetik indüksiyon B pratik olarak manyetik alan gerilimi H ile aynıdır.

Manyetik indüksiyonu ölçmek için bir birim kuzeydoğuda — Tesla [T], CGS sisteminde — Gauss [G] ve 1 T = 10000 G. Manyetik alan indüksiyonunu belirleyen ölçüm cihazlarına teslametreler denir.

Manyetik alan kuvveti H, metre başına amper (A/m) cinsinden ölçülür, 1 amper/metre, içinden 1 amperlik bir solenoid akımı geçtiğinde birim dönüş yoğunluğuna sahip sonsuz uzunluktaki bir solenoidin manyetik alan kuvveti olarak tanımlanır. Metre başına bir amper başka bir şekilde tanımlanabilir: 1 metrelik bir döngü çapına ve 1 amperlik bir akıma sahip dairesel bir devrenin merkezindeki manyetik alanın gücüdür.

Burada indüksiyonun manyetik akısı - F gibi bir değeri belirtmekte fayda var. Bu, SI sisteminde Webers'te ve CGS sisteminde - Maxwells'te 1 μs = 0.00000001 Wb ile ölçülen skaler bir miktardır. 1 Weber, sıfıra düştüğünde 1 coulomb'luk bir yükün kendisine bağlı 1 Ohm dirençli bir iletken devreden geçeceği büyüklükte bir manyetik akıdır.

Manyetik akı F'yi başlangıç ​​değeri olarak alırsak, manyetik alan indüksiyonu B manyetik akı yoğunluğundan başka bir şey olmayacaktır. Manyetik akıyı ölçen cihazlara web metre denir.

Manyetik indüksiyonun ya kuvvetle (ya da mekanik momentle) ya da devrede indüklenen EMF ile belirlenebileceğini yukarıda belirtmiştik. Bunlar, manyetik akı veya manyetik indüksiyonun, temel bir fizik yasası aracılığıyla manyetik nicelikle benzersiz bir şekilde ilişkili olan başka bir fiziksel nicelikle (kuvvet, yük, moment, potansiyel fark) ifade edildiği sözde doğrudan ölçüm dönüştürmeleridir.

Manyetik indüksiyon B'nin veya F manyetik akısının I akımından veya l uzunluğundan veya r yarıçapından geçtiği dönüşümlere ters dönüşümler denir. Bu tür dönüşümler, manyetik indüksiyon B ile manyetik alanın gücü H arasındaki bilinen ilişki kullanılarak Biot-Savart-Laplace yasası temelinde gerçekleştirilir.