مبادئ قياس المجالات المغناطيسية وأدوات قياس معلمات المجال المغناطيسي

ظهرت البوصلات المغناطيسية الأولى التي تشير إلى الاتجاهات إلى الأقطاب المغناطيسية للأرض في القرن الثالث قبل الميلاد في الصين. كانت هذه الأجهزة على شكل مغارف مستديرة قصيرة اليد مصنوعة من خام الحديد المغناطيسي.

تم وضع الملعقة بجزءها المحدب على سطح نحاسي أو خشبي أملس ، ورسمت عليه تقسيمات مع صور لعلامات الأبراج التي تشير إلى النقاط الأساسية. لتنشيط البوصلة ، تم الضغط على الملعقة برفق وبدأت في الدوران. في النهاية ، عندما توقفت الملعقة ، تم توجيه مقبضها إلى اليمين تمامًا باتجاه القطب المغناطيسي الجنوبي للأرض.

منذ القرن الثاني عشر ، استخدم المسافرون في أوروبا البوصلات بنشاط. تم تثبيتها على كل من سفن النقل البري والبحري لتحديد الانحراف المغناطيسي.

منذ نهاية القرن الثامن عشر ، أصبحت الظواهر المغناطيسية موضوع دراسة متأنية للعلماء في ذلك الوقت. اقترح قلادة في عام 1785 طريقة لقياس قوة المجال المغناطيسي للأرض. في عام 1832أظهر جاوس إمكانية تحديد القيمة المطلقة لشدة المجال المغناطيسي من خلال قياسات أكثر دقة.

تم إنشاء العلاقة بين الظواهر المغناطيسية وتأثيرات القوة التي لوحظت أثناء حركة الشحنات الكهربائية لأول مرة في عام 1820 بواسطة Oersted. كتب ماكسويل لاحقًا هذه العلاقة في شكل عقلاني - في شكل معادلات رياضية (1873):

حتى الآن ، يتم استخدام التقنية التالية لقياس معلمات المجال المغناطيسي:

• teslameters - أجهزة لقياس قيم القوة H أو تحريض المجال المغناطيسي B ؛

• عدادات الويب - أدوات لقياس حجم التدفق المغناطيسي Ф ؛

• مقياس التدرج - أجهزة لقياس عدم تجانس المجال المغناطيسي.

موجود أيضا:

• أجهزة لقياس العزم المغناطيسي M ؛

• أدوات لقياس اتجاه المتجه B ؛

• أدوات لقياس الثوابت المغناطيسية للمواد المختلفة.

ناقل الحث المغناطيسي يميز B شدة العمل الجانبي القوي حقل مغناطيسي (للقطب أو للتيار) وبالتالي فهي السمة الرئيسية في نقطة معينة في الفضاء.

وبالتالي ، يمكن أن يتفاعل المجال المغناطيسي قيد الدراسة بقوة مع مغناطيس أو عنصر حالي ، كما أنه قادر على إحداث EMF تحريض في الدائرة إذا تغير المجال المغناطيسي الذي يخترق الدائرة بمرور الوقت أو إذا تغيرت الدائرة موضعها بالنسبة لـ المجال المغناطيسي.

العنصر الحامل للتيار بطول dl في مجال مغناطيسي للحث B سيتم العمل بناءً عليه بواسطة القوة F ، والتي يمكن العثور على قيمتها باستخدام الصيغة التالية:

لذلك ، يمكن إيجاد الحث B للمجال المغناطيسي المدروس بواسطة القوة F ، التي تعمل على موصل بطول معين l ، مع تيار مباشر بقيمة معروفة I ، موضوعة في هذا المجال المغناطيسي.

في الممارسة العملية ، يتم إجراء القياسات المغناطيسية بشكل ملائم باستخدام كمية تسمى العزم المغناطيسي. تميز اللحظة المغناطيسية Pm محيط المنطقة S بالتيار I ، ويتم تحديد حجم العزم المغناطيسي على النحو التالي:

إذا تم استخدام ملف مع لفات N ، فإن عزمه المغناطيسي سيكون مساويًا لـ:

يمكن العثور على العزم الميكانيكي M لقوة التفاعل المغناطيسي بناءً على قيم العزم المغناطيسي Pm وحث المجال المغناطيسي B على النحو التالي:

ومع ذلك ، لقياس مجال مغناطيسي ، ليس من الملائم دائمًا استخدام مظاهر القوة الميكانيكية الخاصة به. لحسن الحظ ، هناك ظاهرة أخرى يمكنك الاعتماد عليها. هذه هي ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. قانون الحث الكهرومغناطيسي في شكل رياضي مكتوب على النحو التالي:

وبالتالي ، فإن المجال المغناطيسي يتجلى كقوى أو EMF مستحثة. في هذه الحالة ، مصدر المجال المغناطيسي نفسه ، كما هو معروف ، هو التيار الكهربائي.

إذا كان التيار الذي يولد المجال المغناطيسي في نقطة معينة في الفضاء معروفًا ، فيمكن العثور على شدة المجال المغناطيسي عند تلك النقطة (على مسافة r من العنصر الحالي) باستخدام قانون Biot-Savart-Laplace:

تجدر الإشارة إلى أن الحث المغناطيسي B في الفراغ مرتبط بقوة المجال المغناطيسي H (الناتجة عن التيار المقابل) بالعلاقة التالية:

يتم تعريف الثابت المغناطيسي الفراغي في نظام SI بالأمبير.بالنسبة لوسط تعسفي ، هذا الثابت هو نسبة الحث المغناطيسي في وسط معين إلى الحث المغناطيسي في الفراغ ، ويسمى هذا الثابت النفاذية المغناطيسية للوسط:

تتطابق النفاذية المغناطيسية للهواء عمليًا مع النفاذية المغناطيسية للفراغ ؛ لذلك ، بالنسبة للهواء ، يكون الحث المغناطيسي B مطابقًا عمليًا لإجهاد المجال المغناطيسي H.

وحدة قياس الحث المغناطيسي في شمال شرق - Tesla [T] ، في نظام CGS - Gauss [G] ، و 1 T = 10000 G. تسمى أجهزة القياس لتحديد تحريض المجال المغناطيسي teslameters.

يتم قياس شدة المجال المغناطيسي H بالأمبير لكل متر (A / m) ، ويتم تعريف 1 أمبير / متر على أنه شدة المجال المغناطيسي لملف لولبي بطول لانهائي من كثافة دوران الوحدة عندما يتدفق تيار ملف لولبي 1 أمبير من خلاله. يمكن تعريف أمبير لكل متر بطريقة أخرى: إنه قوة المجال المغناطيسي في مركز دائرة دائرية بتيار 1 أمبير وقطر حلقة يبلغ 1 متر.

هنا تجدر الإشارة إلى قيمة مثل التدفق المغناطيسي للحث - F. هذه كمية قياسية ، في نظام SI يتم قياسها في Webers ، وفي نظام CGS - في Maxwells ، مع 1 μs = 0.00000001 Wb. 1 ويبر هو تدفق مغناطيسي بهذا الحجم بحيث أنه عندما ينخفض ​​إلى الصفر ، فإن شحنة 1 كولوم سوف تمر عبر دائرة موصلة بمقاومة 1 أوم متصلة بها.

إذا أخذنا التدفق المغناطيسي F كقيمة أولية ، فلن يكون تحريض المجال المغناطيسي B أكثر من كثافة التدفق المغناطيسي. تسمى أجهزة قياس التدفق المغناطيسي أجهزة قياس الويب.

لاحظنا أعلاه أنه يمكن تحديد الحث المغناطيسي إما بالقوة (أو بواسطة العزم الميكانيكي) أو بواسطة EMF المستحث في الدائرة. هذه هي ما يسمى بتحويلات القياس المباشر ، حيث يتم التعبير عن التدفق المغناطيسي أو الحث المغناطيسي بكمية فيزيائية أخرى (القوة ، الشحنة ، العزم ، فرق الجهد) التي ترتبط بشكل فريد بالكمية المغناطيسية عن طريق قانون فيزيائي أساسي.

التحولات التي يكون فيها الحث المغناطيسي B أو التدفق المغناطيسي F من خلال التيار I أو الطول l أو نصف القطر r تسمى التحويلات العكسية. يتم إجراء هذه التحولات على أساس قانون Biot-Savart-Laplace ، باستخدام العلاقة المعروفة بين الحث المغناطيسي B وقوة المجال المغناطيسي H.