Mga prinsipyo ng pagsukat ng mga magnetic field, mga instrumento para sa pagsukat ng mga parameter ng magnetic field

Ang unang magnetic compass na nagpapahiwatig ng mga direksyon sa magnetic pole ng Earth ay lumitaw noong ikatlong siglo BC sa China. Ang mga ito ay mga aparato sa anyo ng mga short-hanled round ladle na gawa sa magnetic iron ore.

Ang kutsara ay inilagay kasama ang matambok na bahagi nito sa isang makinis na tanso o kahoy na ibabaw, kung saan iginuhit ang mga dibisyon na may mga larawan ng mga palatandaan ng zodiac, na nagpapahiwatig ng mga kardinal na puntos. Para i-activate ang compass, bahagyang pinindot ang kutsara at nagsimula itong umikot. Maya-maya, nang huminto ang kutsara, sakto namang nakatutok ang hawak nito patungo sa timog magnetic pole ng mundo.

Mula noong ikalabindalawang siglo, ang mga compass ay aktibong ginagamit ng mga manlalakbay sa Europa. Ang mga ito ay na-install sa parehong land transport at sea vessels upang matukoy ang magnetic deviation.

Mula sa pagtatapos ng ikalabing walong siglo, ang mga magnetic phenomena ay naging object ng maingat na pag-aaral para sa mga siyentipiko noong panahong iyon. Ang pendant noong 1785 ay nagmungkahi ng isang paraan para sa pagbibilang ng lakas ng magnetic field ng Earth. Noong 1832Ipinakita ni Gauss ang posibilidad na matukoy ang ganap na halaga ng lakas ng magnetic field sa pamamagitan ng mas tumpak na mga sukat.

Ang koneksyon sa pagitan ng magnetic phenomena at mga epekto ng puwersa na naobserbahan sa panahon ng paggalaw ng mga singil sa kuryente ay unang itinatag noong 1820 ni Oersted. Isusulat ni Maxwell ang kaugnayang ito sa makatwirang anyo— sa anyo ng mga mathematical equation (1873):

Sa ngayon, ang sumusunod na pamamaraan ay ginagamit upang sukatin ang mga parameter ng magnetic field:

• teslameters - mga aparato para sa pagsukat ng mga halaga ng puwersa H o ang induction ng magnetic field B;

• webmeters - mga instrumento para sa pagsukat ng magnitude ng magnetic flux Ф;

• gradiometers — mga aparato para sa pagsukat ng mga inhomogeneities ng magnetic field.

mayroon din:

• mga aparato para sa pagsukat ng magnetic moment M;

• mga instrumento para sa pagsukat ng direksyon ng vector B;

• mga instrumento para sa pagsukat ng mga magnetic constant ng iba't ibang materyales.

Magnetic induction vector Tinutukoy ng B ang intensity ng malakas na side action magnetic field (sa poste o sa kasalukuyang) at samakatuwid ay ang pangunahing katangian nito sa isang naibigay na punto sa espasyo.

Kaya, ang magnetic field sa ilalim ng pag-aaral ay maaaring makipag-ugnayan nang malakas sa alinman sa magnet o isang kasalukuyang elemento, at may kakayahang mag-udyok ng induction EMF sa circuit kung ang magnetic field na tumatagos sa circuit ay nagbabago sa paglipas ng panahon o kung ang circuit ay nagbabago ng posisyon ay nauugnay sa ang magnetic field.

Ang isang kasalukuyang nagdadala na elemento ng haba dl sa isang magnetic field ng induction B ay aaksyunan ng isang puwersa F, ang halaga nito ay matatagpuan gamit ang sumusunod na formula:

Samakatuwid, ang induction B ng pinag-aralan na magnetic field ay matatagpuan sa pamamagitan ng puwersa F, na kumikilos sa isang konduktor ng isang naibigay na haba l, na may direktang kasalukuyang ng isang kilalang halaga I, na inilagay sa magnetic field na ito.

Sa pagsasagawa, ang mga magnetic measurement ay maginhawang isinasagawa gamit ang isang dami na tinatawag na magnetic moment. Ang magnetic moment na Pm ay nagpapakilala sa contour ng rehiyon S na may kasalukuyang I, at ang magnitude ng magnetic moment ay tinutukoy bilang mga sumusunod:

Kung ang isang coil na may N turn ay ginamit, ang magnetic moment nito ay magiging katumbas ng:

Ang mekanikal na sandali M ng puwersa ng pakikipag-ugnayan ng magnetic ay matatagpuan batay sa mga halaga ng magnetic moment na Pm at ang magnetic field induction B tulad ng sumusunod:

Gayunpaman, upang sukatin ang isang magnetic field, hindi palaging maginhawang gamitin ang mga pagpapakita nito ng mekanikal na puwersa. Sa kabutihang palad, may isa pang kababalaghan na maaasahan mo. Ito ang kababalaghan ng electromagnetic induction. Ang batas ng electromagnetic induction sa mathematical form ay nakasulat tulad ng sumusunod:

Kaya, ang magnetic field ay nagpapakita ng sarili bilang mga puwersa o sapilitan na EMF. Sa kasong ito, ang pinagmulan ng magnetic field mismo, tulad ng nalalaman, ay isang electric current.

Kung ang kasalukuyang bumubuo ng magnetic field sa isang naibigay na punto sa espasyo ay kilala, kung gayon ang lakas ng magnetic field sa puntong iyon (sa layo r mula sa kasalukuyang elemento) ay matatagpuan. gamit ang batas ng Biot-Savart-Laplace:

Dapat pansinin na ang magnetic induction B sa isang vacuum ay nauugnay sa lakas ng magnetic field H (na nabuo ng kaukulang kasalukuyang) sa pamamagitan ng sumusunod na kaugnayan:

Ang vacuum magnetic constant sa SI system ay tinukoy sa amperes.Para sa isang arbitrary na medium, ang pare-parehong ito ay ang ratio ng magnetic induction sa isang naibigay na medium sa magnetic induction sa vacuum, at ang pare-parehong ito ay tinatawag magnetic permeability ng medium:

Ang magnetic permeability ng hangin ay halos tumutugma sa magnetic permeability ng vacuum; samakatuwid, para sa hangin, ang magnetic induction B ay halos magkapareho sa magnetic field stress H.

Isang yunit para sa pagsukat ng magnetic induction sa NE — Tesla [T], sa CGS system — Gauss [G], at 1 T = 10000 G. Ang mga aparatong pagsukat para sa pagtukoy ng magnetic field induction ay tinatawag na teslameters.

Ang lakas ng magnetic field H ay sinusukat sa mga amperes bawat metro (A/m), ang 1 ampere/meter ay tinutukoy bilang ang lakas ng magnetic field ng isang walang katapusang haba na solenoid ng unit turn density kapag ang isang 1 ampere solenoid current ay dumadaloy dito. Ang isang ampere bawat metro ay maaaring tukuyin sa ibang paraan: ito ay ang lakas ng magnetic field sa gitna ng isang pabilog na circuit na may kasalukuyang 1 ampere na may diameter ng loop na 1 metro.

Narito ito ay nagkakahalaga ng noting tulad ng isang halaga bilang ang magnetic flux ng induction - F. Ito ay isang scalar na dami, sa sistema ng SI ito ay sinusukat sa Webers, at sa CGS system - sa Maxwells, na may 1 μs = 0.00000001 Wb. Ang 1 Weber ay isang magnetic flux ng ganoong magnitude na kapag bumaba ito sa zero, ang isang 1-coulomb charge ay dadaan sa isang conducting circuit na may resistensya na 1 Ohm na konektado dito.

Kung kukunin natin ang magnetic flux F bilang isang paunang halaga, kung gayon ang magnetic field induction B ay hindi hihigit sa magnetic flux density. Ang mga aparato para sa pagsukat ng magnetic flux ay tinatawag na mga webmeter.

Nabanggit namin sa itaas na ang magnetic induction ay maaaring matukoy alinman sa pamamagitan ng puwersa (o ng mekanikal na sandali) o ng EMF na sapilitan sa circuit. Ito ang tinatawag na direktang pagsukat ng mga conversion, kung saan ang magnetic flux o magnetic induction ay ipinahayag ng isa pang pisikal na dami (puwersa, singil, sandali, potensyal na pagkakaiba) na natatanging nauugnay sa magnetic na dami sa pamamagitan ng isang pangunahing pisikal na batas.

Ang mga pagbabagong-anyo kung saan ang magnetic induction B o ang magnetic flux F ay sa pamamagitan ng kasalukuyang I o ang haba l o ang radius r ay tinatawag na reverse transformations. Ang ganitong mga pagbabago ay isinasagawa batay sa batas ng Biot-Savart-Laplace, gamit ang kilalang ugnayan sa pagitan ng magnetic induction B at ang lakas ng magnetic field H.