Principper for måling af magnetfelter, instrumenter til måling af magnetfeltparametre

De første magnetiske kompasser, der angiver retninger til Jordens magnetiske poler, dukkede op i det tredje århundrede f.Kr. i Kina. Det var apparater i form af kortskaftede runde øser lavet af magnetisk jernmalm.

Skeen blev placeret med sin konvekse del på en glat kobber- eller træoverflade, hvorpå der var tegnet opdelinger med billeder af stjernetegnene, der angiver kardinalpunkterne. For at aktivere kompasset blev skeen trykket let, og den begyndte at rotere. Til sidst, da skeen stoppede, var dens håndtag spidst lige præcis mod jordens magnetiske sydpol.

Fra det tolvte århundrede blev kompasser aktivt brugt af rejsende i Europa. De blev installeret på både landtransport- og søfartøjer for at bestemme den magnetiske afvigelse.

Fra slutningen af ​​det attende århundrede blev magnetiske fænomener genstand for omhyggelig undersøgelse for datidens videnskabsmænd. Pendant i 1785 foreslog en metode til at kvantificere styrken af ​​Jordens magnetfelt. I 1832Gauss viste muligheden for at bestemme den absolutte værdi af magnetfeltstyrken gennem mere nøjagtige målinger.

Forbindelsen mellem magnetiske fænomener og krafteffekter observeret under elektriske ladningers bevægelse blev først etableret i 1820 af Ørsted. Maxwell ville senere skrive denne relation i rationel form - i form af matematiske ligninger (1873):

Til dato er følgende teknik brugt til at måle parametrene for det magnetiske felt:

• teslametre - enheder til måling af værdierne af kraften H eller induktionen af ​​magnetfeltet B;

• webmetre — instrumenter til måling af størrelsen af ​​den magnetiske flux Ф;

• gradiometre — anordninger til måling af magnetfeltinhomogeniteter.

findes også:

• apparater til måling af det magnetiske moment M;

• instrumenter til måling af retningen af ​​vektoren B;

• instrumenter til måling af magnetiske konstanter af forskellige materialer.

Magnetisk induktionsvektor B karakteriserer intensiteten af ​​den stærke sidehandling magnetfelt (til pol eller til strøm) og er derfor dens hovedkarakteristik på et givet punkt i rummet.

Det magnetiske felt, der undersøges, kan således interagere stærkt med enten en magnet eller et strømelement, og er også i stand til at inducere en induktions-EMK i kredsløbet, hvis det magnetiske felt, der trænger ind i kredsløbet, ændrer sig over tid, eller hvis kredsløbet skifter position er ift. det magnetiske felt.

Et strømførende element med længden dl i et magnetisk induktionsfelt B vil blive påvirket af en kraft F, hvis værdi kan findes ved hjælp af følgende formel:

Derfor kan induktionen B af det undersøgte magnetfelt findes af kraften F, som virker på en leder af en given længde l, med en jævnstrøm af en kendt værdi I, placeret i dette magnetfelt.

I praksis udføres magnetiske målinger bekvemt ved hjælp af en størrelse kaldet det magnetiske moment. Det magnetiske moment Pm karakteriserer konturen af ​​området S med strømmen I, og størrelsen af ​​det magnetiske moment bestemmes som følger:

Hvis der bruges en spole med N vindinger, vil dens magnetiske moment være lig med:

Det mekaniske moment M af den magnetiske interaktionskraft kan findes baseret på værdierne af det magnetiske moment Pm og magnetfeltinduktionen B som følger:

Men for at måle et magnetfelt er det ikke altid praktisk at bruge dets manifestationer af mekanisk kraft. Heldigvis er der et andet fænomen, som du kan regne med. Dette er fænomenet elektromagnetisk induktion. Loven om elektromagnetisk induktion i matematisk form er skrevet som følger:

Således manifesterer magnetfeltet sig som kræfter eller induceret EMF. I dette tilfælde er kilden til selve magnetfeltet, som det er kendt, en elektrisk strøm.

Hvis strømmen, der genererer magnetfeltet på et givet punkt i rummet, er kendt, kan magnetfeltstyrken på det punkt (i en afstand r fra det aktuelle element) findes ved hjælp af Biot-Savart-Laplace-loven:

Det skal bemærkes, at den magnetiske induktion B i et vakuum er relateret til den magnetiske feltstyrke H (genereret af den tilsvarende strøm) ved følgende forhold:

Den magnetiske vakuumkonstant i SI-systemet er defineret i ampere.For et vilkårligt medium er denne konstant forholdet mellem den magnetiske induktion i et givet medium og den magnetiske induktion i vakuum, og denne konstant kaldes mediets magnetiske permeabilitet:

Den magnetiske permeabilitet af luft falder praktisk talt sammen med den magnetiske permeabilitet af vakuum; Derfor er den magnetiske induktion B for luft praktisk talt identisk med magnetfeltspændingen H.

En enhed til måling af magnetisk induktion i NE — Tesla [T], i CGS-systemet — Gauss [G], og 1 T = 10000 G. Måleapparater til bestemmelse af magnetfeltinduktion kaldes teslametre.

Den magnetiske feltstyrke H måles i ampere pr. meter (A/m), hvor 1 ampere/meter er defineret som magnetfeltstyrken af ​​en uendelig længde solenoide med enhedsdrejningstæthed, når en 1 ampere solenoidestrøm løber gennem den. En ampere pr. meter kan defineres på en anden måde: det er styrken af ​​magnetfeltet i midten af ​​et cirkulært kredsløb med en strøm på 1 ampere med en sløjfediameter på 1 meter.

Her er det værd at bemærke en sådan værdi som den magnetiske flux af induktion — F. Dette er en skalær 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 flux af en sådan størrelse, at når den falder til nul, vil en 1-coulomb ladning passere gennem et ledende kredsløb med en modstand på 1 Ohm forbundet til den.

Hvis vi tager den magnetiske flux F som en begyndelsesværdi, så vil magnetfeltinduktionen B ikke være andet end den magnetiske fluxtæthed. Enheder til måling af magnetisk flux kaldes webmetre.

Vi bemærkede ovenfor, at den magnetiske induktion kan bestemmes enten af ​​kraften (eller af det mekaniske moment) eller af EMF induceret i kredsløbet. Det er de såkaldte direkte målekonverteringer, hvor den magnetiske flux eller magnetiske induktion udtrykkes af en anden fysisk størrelse (kraft, ladning, moment, potentialforskel), der er entydigt relateret til den magnetiske størrelse ved hjælp af en grundlæggende fysisk lov.

Transformationer hvor den magnetiske induktion B eller den magnetiske flux F er gennem strømmen I eller længden l eller radius r kaldes omvendte transformationer. Sådanne transformationer udføres på grundlag af Biot-Savart-Laplace-loven ved at bruge det kendte forhold mellem den magnetiske induktion B og styrken af ​​det magnetiske felt H.