A mágneses terek mérésének elvei, a mágneses tér paramétereinek mérésére szolgáló műszerek

Az első mágneses iránytű, amely a Föld mágneses pólusainak irányát jelzi, a Kr.e. harmadik században jelentek meg Kínában. Ezek mágneses vasércből készült, rövid nyelű kerek üstök voltak.

A kanalat domború részével egy sima réz- vagy fafelületre helyezték, amelyre az állatöv jegyeinek képeivel osztásokat rajzoltak, jelezve a sarkalatos pontokat. Az iránytű aktiválásához enyhén megnyomta a kanalat, és forogni kezdett. Végül, amikor a kanál megállt, a nyele pont jóra szegeződött a Föld déli mágneses pólusa felé.

A 12. századtól az európai utazók aktívan használták az iránytűt. Szárazföldi és tengeri hajókra egyaránt felszerelték a mágneses eltérés meghatározására.

A tizennyolcadik század végétől a mágneses jelenségek alapos tanulmányozás tárgyává váltak az akkori tudósok számára. Pendant 1785-ben javasolt egy módszert a Föld mágneses mezejének erősségének számszerűsítésére. 1832-benGauss pontosabb mérésekkel megmutatta a mágneses térerősség abszolút értékének meghatározásának lehetőségét.

A mágneses jelenségek és az elektromos töltések mozgása során megfigyelt erőhatások közötti kapcsolatot először 1820-ban Oersted állapította meg. Maxwell később ezt az összefüggést racionális formában írja le – matematikai egyenletek formájában (1873):

A mai napig a következő technikát alkalmazzák a mágneses mező paramétereinek mérésére:

• teslaméterek - eszközök a H erő vagy a B mágneses tér indukciójának mérésére;

• webmérők – műszerek a Ф mágneses fluxus nagyságának mérésére;

• gradiométerek — mágneses tér inhomogenitásának mérésére szolgáló eszközök.

is léteznek:

• eszközök az M mágneses momentum mérésére;

• műszerek a B vektor irányának mérésére;

• különböző anyagok mágneses állandóinak mérésére szolgáló műszerek.

Mágneses indukciós vektor B az erős mellékhatás intenzitását jellemzi mágneses mező (pólushoz vagy áramhoz), és ezért ez a fő jellemzője a tér adott pontjában.

Így a vizsgált mágneses tér erős kölcsönhatásba léphet akár mágnessel, akár áramelemmel, és indukciós EMF indukálására is képes az áramkörben, ha az áramkörbe behatoló mágneses tér idővel megváltozik, vagy ha az áramkör helyzete megváltozik. a mágneses mező.

A B indukciójú mágneses térben egy dl hosszúságú áramvezető elemre F erő hat, amelynek értéke a következő képlettel határozható meg:

Ezért a vizsgált mágneses tér B indukciója az adott l hosszúságú vezetőre ható, ebbe a mágneses térbe helyezett ismert I értékű egyenáramú F erővel kereshető.

A gyakorlatban a mágneses méréseket kényelmesen a mágneses momentumnak nevezett mennyiség használatával végezzük. A Pm mágneses momentum jellemzi az S tartomány körvonalát az I árammal, és a mágneses momentum nagyságát a következőképpen határozzuk meg:

Ha N menetes tekercset használunk, akkor annak mágneses momentuma egyenlő lesz:

A mágneses kölcsönhatási erő M mechanikai nyomatéka a Pm mágneses momentum és a B mágneses térindukció értékei alapján a következőképpen határozható meg:

A mágneses mező méréséhez azonban nem mindig kényelmes a mechanikai erő megnyilvánulásait használni. Szerencsére van még egy jelenség, amire számíthatsz. Ez az elektromágneses indukció jelensége. Az elektromágneses indukció törvénye matematikai formában a következőképpen van felírva:

Így a mágneses mező erőként vagy indukált EMF-ként jelenik meg. Ebben az esetben maga a mágneses mező forrása, mint ismeretes, elektromos áram.

Ha ismert a tér egy pontjában a mágneses teret létrehozó áram, akkor az adott pont mágneses térerőssége (az áramelemtől r távolságra) megtalálható. a Biot-Savart-Laplace törvény segítségével:

Meg kell jegyezni, hogy a B mágneses indukció vákuumban a H mágneses térerősséghez (amelyet a megfelelő áram generál) a következő összefüggéssel kapcsolódik:

Az SI rendszerben a vákuum mágneses állandó amperben van megadva.Tetszőleges közeg esetén ez az állandó az adott közegben lévő mágneses indukció és a vákuum mágneses indukció aránya, és ezt az állandót ún. a közeg mágneses permeabilitása:

A levegő mágneses permeabilitása gyakorlatilag egybeesik a vákuum mágneses permeabilitásával; ezért levegőnél a B mágneses indukció gyakorlatilag megegyezik a H mágneses térfeszültséggel.

Mágneses indukció mérésére szolgáló egység ÉK-ben — Tesla [T], a CGS rendszerben — Gauss [G], és 1 T = 10000 G. A mágneses tér indukciójának meghatározására szolgáló mérőeszközöket teslamétereknek nevezzük.

A H mágneses térerősséget amper per méterben (A/m) mérjük, 1 amper/méter egy egységnyi fordulatsűrűségű, végtelen hosszúságú mágneses térerőssége, amikor 1 amperes szolenoid áram folyik rajta. Méterenként egy amper másképpen is definiálható: ez a mágneses tér erőssége egy 1 amper áramú körkörös áramkör közepén, 1 méter hurokátmérővel.

Itt érdemes megjegyezni egy olyan értéket, mint az indukció mágneses fluxusa — F. Ez egy skaláris mennyiség, az SI rendszerben Webersben, a CGS rendszerben pedig Maxwellsben mérik, 1 μs = 0,00000001 Wb. Az 1 Weber egy olyan nagyságú mágneses fluxus, hogy ha nullára csökken, egy 1 coulombos töltés megy át egy 1 Ohm ellenállású vezető áramkörön.

Ha az F mágneses fluxust vesszük kezdeti értéknek, akkor a B mágneses tér indukciója nem lesz más, mint a mágneses fluxus sűrűsége. A mágneses fluxus mérésére szolgáló eszközöket webmérőknek nevezzük.

Fentebb megjegyeztük, hogy a mágneses indukciót vagy az erő (vagy a mechanikai nyomaték) vagy az áramkörben indukált EMF határozza meg. Ezek az úgynevezett direkt mérési konverziók, ahol a mágneses fluxust vagy mágneses indukciót egy másik fizikai mennyiség (erő, töltés, nyomaték, potenciálkülönbség) fejezi ki, amely egy fizikai alaptörvény segítségével egyedileg kapcsolódik a mágneses mennyiséghez.

Azokat a transzformációkat, ahol a B mágneses indukció vagy az F mágneses fluxus az I áramon vagy az l hosszon vagy az r sugáron megy keresztül, fordított transzformációnak nevezzük. Az ilyen transzformációkat a Biot-Savart-Laplace törvény alapján hajtják végre, felhasználva a B mágneses indukció és a H mágneses tér erőssége közötti ismert összefüggést.