Prinsipper for måling av magnetiske felt, instrumenter for måling av magnetfeltparametere

De første magnetiske kompassene som indikerer retninger til jordens magnetiske poler dukket opp i det tredje århundre f.Kr. i Kina. Dette var innretninger i form av kortskaftede runde øser laget av magnetisk jernmalm.

Skjeen ble plassert med sin konvekse del på en glatt kobber- eller treoverflate, hvor det ble tegnet inndelinger med bilder av dyrekretsen, som indikerer kardinalpunktene. For å aktivere kompasset ble skjeen trykket lett og den begynte å rotere. Til slutt, da skjeen stoppet, var håndtaket spisset akkurat mot jordens magnetiske sørpol.

Fra det tolvte århundre ble kompass aktivt brukt av reisende i Europa. De ble installert på både landtransport- og sjøfartøyer for å bestemme det magnetiske avviket.

Fra slutten av det attende århundre ble magnetiske fenomener gjenstand for nøye studier for den tidens vitenskapsmenn. Pendant i 1785 foreslo en metode for å kvantifisere styrken til jordens magnetfelt. I 1832Gauss viste muligheten for å bestemme den absolutte verdien av magnetfeltstyrken gjennom mer nøyaktige målinger.

Forbindelsen mellom magnetiske fenomener og krafteffekter observert under bevegelsen av elektriske ladninger ble først etablert i 1820 av Oersted. Maxwell ville senere skrive denne relasjonen i rasjonell form - i form av matematiske ligninger (1873):

Til dags dato er følgende teknikk brukt for å måle parametrene til magnetfeltet:

• teslameter - enheter for å måle verdiene av kraften H eller induksjonen av magnetfeltet B;

• webmetere — instrumenter for å måle størrelsen på den magnetiske fluksen Ф;

• gradiometre - enheter for måling av magnetfeltinhomogeniteter.

finnes også:

• innretninger for måling av det magnetiske momentet M;

• instrumenter for å måle retningen til vektoren B;

• instrumenter for måling av magnetiske konstanter av ulike materialer.

Magnetisk induksjonsvektor B karakteriserer intensiteten av den sterke sidehandlingen magnetfelt (til pol eller til strøm) og er derfor dens hovedkarakteristikk på et gitt punkt i rommet.

Dermed kan magnetfeltet som studeres samhandle sterkt med enten en magnet eller et strømelement, og er også i stand til å indusere en induksjons-EMK i kretsen dersom magnetfeltet som trenger inn i kretsen endres over tid eller hvis kretsen endrer posisjon er i forhold til kretsen. magnetfeltet.

Et strømførende element med lengde dl i et magnetisk induksjonsfelt B vil bli påvirket av en kraft F, hvis verdi kan finnes ved å bruke følgende formel:

Derfor kan induksjonen B av det studerte magnetfeltet finnes av kraften F, som virker på en leder av en gitt lengde l, med en likestrøm av kjent verdi I, plassert i dette magnetfeltet.

I praksis utføres magnetiske målinger praktisk ved å bruke en mengde som kalles det magnetiske momentet. Det magnetiske momentet Pm karakteriserer konturen av regionen S med strømmen I, og størrelsen på det magnetiske momentet bestemmes som følger:

Hvis en spole med N svinger brukes, vil dens magnetiske moment være lik:

Det mekaniske momentet M til den magnetiske interaksjonskraften kan bli funnet basert på verdiene til det magnetiske momentet Pm og magnetfeltinduksjonen B som følger:

For å måle et magnetfelt er det imidlertid ikke alltid praktisk å bruke dets manifestasjoner av mekanisk kraft. Heldigvis er det et annet fenomen du kan stole på. Dette er fenomenet elektromagnetisk induksjon. Loven om elektromagnetisk induksjon i matematisk form er skrevet som følger:

Dermed manifesterer magnetfeltet seg som krefter eller indusert EMF. I dette tilfellet er kilden til selve magnetfeltet, som kjent, en elektrisk strøm.

Hvis strømmen som genererer magnetfeltet ved et gitt punkt i rommet er kjent, kan magnetfeltstyrken på det punktet (i en avstand r fra det gjeldende elementet) bli funnet ved å bruke Biot-Savart-Laplace-loven:

Det skal bemerkes at den magnetiske induksjonen B i et vakuum er relatert til magnetfeltstyrken H (generert av den tilsvarende strømmen) ved følgende forhold:

Vakuummagnetiske konstanten i SI-systemet er definert i ampere.For et vilkårlig medium er denne konstanten forholdet mellom den magnetiske induksjonen i et gitt medium og den magnetiske induksjonen i vakuum, og denne konstanten kalles magnetisk permeabilitet til mediet:

Den magnetiske permeabiliteten til luft faller praktisk talt sammen med den magnetiske permeabiliteten til vakuum; derfor, for luft, er den magnetiske induksjonen B praktisk talt identisk med magnetfeltspenningen H.

En enhet for måling av magnetisk induksjon i NE — Tesla [T], i CGS-systemet — Gauss [G], og 1 T = 10000 G. Måleapparater for å bestemme magnetfeltinduksjon kalles teslametre.

Den magnetiske feltstyrken H måles i ampere per meter (A/m), 1 ampere/meter er definert som magnetfeltstyrken til en uendelig lengde solenoid med enhetsdreietetthet når en 1 ampere solenoidstrøm flyter gjennom den. En ampere per meter kan defineres på en annen måte: det er styrken til magnetfeltet i midten av en sirkulær krets med en strøm på 1 ampere med en sløyfediameter på 1 meter.

Her er det verdt å merke seg en slik verdi som den magnetiske fluksen av induksjon — F. Dette er en skalar størrelse, i SI-systemet måles den i Webers, og i CGS-systemet — i Maxwells, med 1 μs = 0,00000001 Wb. 1 Weber er en magnetisk fluks av en slik størrelse at når den synker til null, vil en 1-coulomb ladning passere gjennom en ledende krets med en motstand på 1 Ohm koblet til den.

Hvis vi tar den magnetiske fluksen F som en startverdi, vil magnetfeltinduksjonen B ikke være noe mer enn den magnetiske flukstettheten. Enheter for måling av magnetisk fluks kalles webmetere.

Vi bemerket ovenfor at den magnetiske induksjonen kan bestemmes enten av kraften (eller av det mekaniske momentet) eller av EMF indusert i kretsen. Dette er de såkalte direkte målingskonverteringene, der den magnetiske fluksen eller magnetiske induksjonen uttrykkes av en annen fysisk størrelse (kraft, ladning, moment, potensialforskjell) som er unikt relatert til den magnetiske størrelsen ved hjelp av en grunnleggende fysisk lov.

Transformasjoner der den magnetiske induksjonen B eller den magnetiske fluksen F går gjennom strømmen I eller lengden l eller radien r kalles reverserte transformasjoner. Slike transformasjoner utføres på grunnlag av Biot-Savart-Laplace-loven, ved å bruke det kjente forholdet mellom den magnetiske induksjonen B og styrken til magnetfeltet H.