Principii de măsurare a câmpurilor magnetice, instrumente pentru măsurarea parametrilor câmpului magnetic

Primele busole magnetice care indică direcțiile către polii magnetici ai Pământului au apărut în secolul al III-lea î.Hr. în China. Acestea erau dispozitive sub formă de oale rotunde cu mâner scurt, făcute din minereu de fier magnetic.

Lingura era așezată cu partea sa convexă pe o suprafață netedă de cupru sau de lemn, pe care erau desenate diviziuni cu imagini ale semnelor zodiacului, indicând punctele cardinale. Pentru a activa busola, lingura a fost ușor apăsată și a început să se rotească. În cele din urmă, când lingura s-a oprit, mânerul ei a fost îndreptat exact spre polul sud magnetic al pământului.

Din secolul al XII-lea, busolele au fost folosite în mod activ de călătorii din Europa. Au fost instalate atât pe navele de transport terestre, cât și pe navele maritime pentru a determina deviația magnetică.

De la sfârșitul secolului al XVIII-lea, fenomenele magnetice au devenit obiectul unui studiu atent pentru oamenii de știință din acea vreme. Pendant în 1785 a propus o metodă de cuantificare a puterii câmpului magnetic al Pământului. În 1832Gauss a arătat posibilitatea de a determina valoarea absolută a intensității câmpului magnetic prin măsurători mai precise.

Legătura dintre fenomenele magnetice și efectele de forță observate în timpul mișcării sarcinilor electrice a fost stabilită pentru prima dată în 1820 de Oersted. Maxwell va scrie mai târziu această relație în formă rațională - sub formă de ecuaţii matematice (1873):

Până în prezent, pentru măsurarea parametrilor câmpului magnetic este utilizată următoarea tehnică:

• teslametre - dispozitive pentru măsurarea valorilor forței H sau inducției câmpului magnetic B;

• webmetre — instrumente pentru măsurarea mărimii fluxului magnetic Ф;

• gradiometre — dispozitive pentru măsurarea neomogenităților câmpului magnetic.

exista si:

• aparate pentru măsurarea momentului magnetic M;

• instrumente pentru măsurarea direcției vectorului B;

• instrumente pentru măsurarea constantelor magnetice ale diverselor materiale.

Vector de inducție magnetică B caracterizează intensitatea acțiunii secundare puternice camp magnetic (la pol sau la curent) și, prin urmare, este principala sa caracteristică într-un punct dat din spațiu.

Astfel, câmpul magnetic studiat poate interacționa puternic fie cu un magnet, fie cu un element de curent și este, de asemenea, capabil să inducă o FEM de inducție în circuit dacă câmpul magnetic care pătrunde în circuit se modifică în timp sau dacă circuitul își schimbă poziția este relativ la câmpul magnetic.

Un element purtător de curent de lungimea dl într-un câmp magnetic de inducție B va fi acționat de o forță F, a cărei valoare poate fi găsită folosind următoarea formulă:

Prin urmare, inducția B a câmpului magnetic studiat poate fi găsită prin forța F, care acționează asupra unui conductor de lungime dată l, cu un curent continuu de valoare cunoscută I, plasat în acest câmp magnetic.

În practică, măsurătorile magnetice sunt efectuate în mod convenabil utilizând o mărime numită moment magnetic. Momentul magnetic Pm caracterizează conturul regiunii S cu curentul I, iar mărimea momentului magnetic se determină după cum urmează:

Dacă se folosește o bobină cu N spire, atunci momentul ei magnetic va fi egal cu:

Momentul mecanic M al forței de interacțiune magnetică poate fi găsit pe baza valorilor momentului magnetic Pm și inducției câmpului magnetic B după cum urmează:

Cu toate acestea, pentru a măsura un câmp magnetic, nu este întotdeauna convenabil să folosiți manifestările sale de forță mecanică. Din fericire, există un alt fenomen pe care te poți baza. Acesta este fenomenul de inducție electromagnetică. Legea inducției electromagnetice în formă matematică se scrie după cum urmează:

Astfel, câmpul magnetic se manifestă ca forțe sau CEM induse. În acest caz, sursa câmpului magnetic în sine, după cum se știe, este un curent electric.

Dacă este cunoscut curentul care generează câmpul magnetic într-un anumit punct din spațiu, atunci intensitatea câmpului magnetic în acel punct (la distanța r de elementul curent) poate fi găsită. folosind legea Biot-Savart-Laplace:

Trebuie remarcat faptul că inducția magnetică B în vid este legată de intensitatea câmpului magnetic H (generat de curentul corespunzător) prin următoarea relație:

Constanta magnetică a vidului în sistemul SI este definită în amperi.Pentru un mediu arbitrar, această constantă este raportul dintre inducția magnetică într-un mediu dat și inducția magnetică în vid, iar această constantă se numește permeabilitatea magnetică a mediului:

Permeabilitatea magnetică a aerului coincide practic cu permeabilitatea magnetică a vidului; prin urmare, pentru aer, inducția magnetică B este practic identică cu solicitarea câmpului magnetic H.

O unitate pentru măsurarea inducției magnetice în NE — Tesla [T], în sistemul CGS — Gauss [G], și 1 T = 10000 G. Dispozitivele de măsurare pentru determinarea inducției câmpului magnetic se numesc teslametre.

Intensitatea câmpului magnetic H este măsurată în amperi pe metru (A/m), 1 amper/metru fiind definită ca puterea câmpului magnetic al unui solenoid de lungime infinită cu densitatea de rotație unitară atunci când un curent de solenoid de 1 amper trece prin el. Un amper pe metru poate fi definit într-un alt mod: este puterea câmpului magnetic în centrul unui circuit circular cu un curent de 1 amper cu un diametru al buclei de 1 metru.

Aici este de remarcat o astfel de valoare precum fluxul magnetic de inducție — F. Aceasta este o mărime scalară, în sistemul SI se măsoară în Webers, iar în sistemul CGS — în Maxwells, cu 1 μs = 0,00000001 Wb. 1 Weber este un flux magnetic de o asemenea magnitudine încât, atunci când scade la zero, o sarcină de 1 coulomb va trece printr-un circuit conductor cu o rezistență de 1 Ohm conectată la acesta.

Dacă luăm fluxul magnetic F ca valoare inițială, atunci inducția câmpului magnetic B nu va fi nimic mai mult decât densitatea fluxului magnetic. Dispozitivele de măsurare a fluxului magnetic se numesc webmetre.

Am observat mai sus că inducția magnetică poate fi determinată fie de forța (sau de momentul mecanic), fie de EMF indus în circuit. Acestea sunt așa-numitele conversii de măsurare directe, în care fluxul magnetic sau inducția magnetică este exprimată printr-o altă mărime fizică (forță, sarcină, moment, diferență de potențial) care este legată în mod unic de mărimea magnetică prin intermediul unei legi fizice de bază.

Transformările în care inducția magnetică B sau fluxul magnetic F este prin curentul I sau lungimea l sau raza r se numesc transformări inverse. Astfel de transformări sunt efectuate pe baza legii Biot-Savart-Laplace, folosind relația cunoscută dintre inducția magnetică B și puterea câmpului magnetic H.