Prinsip mengukur medan magnet, instrumen untuk mengukur parameter medan magnet

Kompas magnetik pertama yang menunjukkan arah ke kutub magnet Bumi muncul pada abad ketiga SM di China. Ini adalah peranti dalam bentuk sudu bulat yang dikendalikan pendek yang diperbuat daripada bijih besi magnetik.

Sudu diletakkan dengan bahagian cembungnya pada permukaan tembaga atau kayu yang licin, yang dilukis bahagian dengan imej tanda zodiak, yang menunjukkan titik kardinal. Untuk mengaktifkan kompas, sudu ditekan perlahan dan ia mula berputar. Akhirnya, apabila sudu berhenti, pemegangnya dihalakan tepat ke arah kutub magnet selatan bumi.

Dari abad kedua belas, kompas digunakan secara aktif oleh pengembara di Eropah. Mereka dipasang pada kedua-dua pengangkutan darat dan kapal laut untuk menentukan sisihan magnetik.

Dari akhir abad kelapan belas, fenomena magnetik menjadi objek kajian yang teliti bagi para saintis pada masa itu. Loket pada tahun 1785 mencadangkan kaedah untuk mengukur kekuatan medan magnet Bumi. Pada tahun 1832Gauss menunjukkan kemungkinan untuk menentukan nilai mutlak kekuatan medan magnet melalui pengukuran yang lebih tepat.

Hubungan antara fenomena magnetik dan kesan daya yang diperhatikan semasa pergerakan cas elektrik pertama kali ditubuhkan pada tahun 1820 oleh Oersted. Maxwell kemudiannya akan menulis hubungan ini dalam bentuk rasional— dalam bentuk persamaan matematik (1873):

Sehingga kini, teknik berikut digunakan untuk mengukur parameter medan magnet:

• teslameter - peranti untuk mengukur nilai daya H atau aruhan medan magnet B;

• webmeters — instrumen untuk mengukur magnitud fluks magnet Ф;

• gradiometer — peranti untuk mengukur ketidakhomogenan medan magnet.

juga wujud:

• peranti untuk mengukur momen magnetik M;

• instrumen untuk mengukur arah vektor B;

• instrumen untuk mengukur pemalar magnet pelbagai bahan.

Vektor aruhan magnet B mencirikan keamatan tindakan sampingan yang kuat medan magnet (ke kutub atau ke arus) dan oleh itu merupakan ciri utamanya pada titik tertentu dalam ruang.

Oleh itu, medan magnet yang dikaji boleh berinteraksi dengan kuat sama ada dengan magnet atau unsur semasa, dan juga mampu mendorong EMF aruhan dalam litar jika medan magnet yang menembusi litar berubah dari semasa ke semasa atau jika litar berubah kedudukan adalah relatif kepada medan magnet.

Unsur pembawa arus dengan panjang dl dalam medan magnet aruhan B akan digerakkan oleh daya F, yang nilainya boleh didapati menggunakan formula berikut:

Oleh itu, aruhan B medan magnet yang dikaji boleh didapati oleh daya F, yang bertindak pada konduktor panjang tertentu l, dengan arus terus nilai I yang diketahui, diletakkan dalam medan magnet ini.

Dalam amalan, pengukuran magnet dilakukan dengan mudah menggunakan kuantiti yang dipanggil momen magnet. Momen magnet Pm mencirikan kontur kawasan S dengan arus I, dan magnitud momen magnet ditentukan seperti berikut:

Jika gegelung dengan lilitan N digunakan, maka momen magnetnya akan sama dengan:

Momen mekanikal M bagi daya interaksi magnet boleh didapati berdasarkan nilai momen magnet Pm dan aruhan medan magnet B seperti berikut:

Walau bagaimanapun, untuk mengukur medan magnet, tidak selalunya mudah untuk menggunakan manifestasi daya mekanikalnya. Nasib baik, terdapat satu lagi fenomena yang boleh anda harapkan. Ini adalah fenomena induksi elektromagnet. Hukum aruhan elektromagnet dalam bentuk matematik ditulis seperti berikut:

Oleh itu, medan magnet menampakkan dirinya sebagai daya atau EMF teraruh. Dalam kes ini, sumber medan magnet itu sendiri, seperti yang diketahui, adalah arus elektrik.

Jika arus yang menjana medan magnet pada titik tertentu dalam ruang diketahui, maka kekuatan medan magnet pada titik itu (pada jarak r dari unsur semasa) boleh didapati. menggunakan undang-undang Biot-Savart-Laplace:

Perlu diingatkan bahawa aruhan magnetik B dalam vakum berkaitan dengan kekuatan medan magnet H (dijana oleh arus yang sepadan) dengan hubungan berikut:

Pemalar magnet vakum dalam sistem SI ditakrifkan dalam ampere.Untuk medium arbitrari, pemalar ini ialah nisbah aruhan magnet dalam medium tertentu kepada aruhan magnet dalam vakum, dan pemalar ini dipanggil kebolehtelapan magnet medium:

Kebolehtelapan magnet udara boleh dikatakan bertepatan dengan kebolehtelapan magnet vakum; oleh itu, bagi udara, aruhan magnetik B secara praktikalnya sama dengan tegasan medan magnet H.

Satu unit untuk mengukur aruhan magnetik di NE — Tesla [T], dalam sistem CGS — Gauss [G], dan 1 T = 10000 G. Alat pengukur untuk menentukan aruhan medan magnet dipanggil teslameter.

Kekuatan medan magnet H diukur dalam ampere per meter (A/m), 1 ampere/meter ditakrifkan sebagai kekuatan medan magnet solenoid panjang tak terhingga ketumpatan pusingan unit apabila arus solenoid 1 ampere mengalir melaluinya. Satu ampere per meter boleh ditakrifkan dengan cara lain: ia adalah kekuatan medan magnet di tengah litar bulat dengan arus 1 ampere dengan diameter gelung 1 meter.

Di sini perlu diperhatikan nilai seperti fluks magnet induksi - F. Ini adalah kuantiti skalar, dalam sistem SI ia diukur dalam Webers, dan dalam sistem CGS - dalam Maxwells, dengan 1 μs = 0.00000001 Wb. 1 Weber ialah fluks magnet dengan magnitud sedemikian sehingga apabila ia berkurangan kepada sifar, cas 1 coulomb akan melalui litar pengalir dengan rintangan 1 Ohm yang disambungkan kepadanya.

Jika kita mengambil fluks magnet F sebagai nilai awal, maka aruhan medan magnet B adalah tidak lebih daripada ketumpatan fluks magnet. Peranti untuk mengukur fluks magnet dipanggil webmeters.

Kami menyatakan di atas bahawa aruhan magnet boleh ditentukan sama ada oleh daya (atau oleh momen mekanikal) atau oleh EMF teraruh dalam litar. Ini adalah apa yang dipanggil penukaran ukuran langsung, di mana fluks magnet atau aruhan magnet dinyatakan oleh kuantiti fizik lain (daya, cas, momen, beza potensi) yang secara unik berkaitan dengan kuantiti magnet melalui undang-undang fizik asas.

Transformasi di mana aruhan magnet B atau fluks magnet F melalui arus I atau panjang l atau jejari r dipanggil penjelmaan terbalik. Transformasi sedemikian dilakukan berdasarkan undang-undang Biot-Savart-Laplace, menggunakan hubungan yang diketahui antara aruhan magnet B dan kekuatan medan magnet H.