Principios de medición de campos magnéticos, instrumentos para medir parámetros de campos magnéticos.

Las primeras brújulas magnéticas que indicaban la dirección de los polos magnéticos de la Tierra aparecieron en el siglo III a. C. en China. Estos eran dispositivos en forma de cucharones redondos de mango corto hechos de mineral de hierro magnético.

La cuchara se colocaba con su parte convexa sobre una superficie lisa de cobre o madera, sobre la que se dibujaban divisiones con imágenes de los signos del zodíaco, indicando los puntos cardinales. Para activar la brújula, se presionó ligeramente la cuchara y comenzó a girar. Eventualmente, cuando la cuchara se detuvo, su mango apuntó justo hacia el polo sur magnético de la tierra.

Desde el siglo XII, los viajeros en Europa utilizaron activamente las brújulas. Se instalaron tanto en embarcaciones de transporte terrestre como marítimas para determinar la desviación magnética.

Desde finales del siglo XVIII, los fenómenos magnéticos se convirtieron en objeto de cuidadoso estudio por parte de los científicos de la época. Pendant en 1785 propuso un método para cuantificar la fuerza del campo magnético terrestre. en 1832Gauss mostró la posibilidad de determinar el valor absoluto de la fuerza del campo magnético a través de mediciones más precisas.

La conexión entre los fenómenos magnéticos y los efectos de fuerza observados durante el movimiento de cargas eléctricas fue establecida por primera vez en 1820 por Oersted. Maxwell más tarde escribiría esta relación en forma racional: en forma de ecuaciones matemáticas (1873):

Hasta la fecha, se utiliza la siguiente técnica para medir los parámetros del campo magnético:

• teslameters - dispositivos para medir los valores de la fuerza H o la inducción del campo magnético B;

• webmeters — instrumentos para medir la magnitud del flujo magnético Ф;

• Gradiómetros: dispositivos para medir las faltas de homogeneidad del campo magnético.

también existen:

• dispositivos para medir el momento magnético M;

• instrumentos para medir la dirección del vector B;

• instrumentos para medir constantes magnéticas de varios materiales.

vector de inducción magnética B caracteriza la intensidad de la acción lateral fuerte campo magnético (al polo oa la corriente) y es por tanto su principal característica en un punto dado del espacio.

Por lo tanto, el campo magnético en estudio puede interactuar fuertemente con un imán o un elemento de corriente, y también es capaz de inducir una FEM de inducción en el circuito si el campo magnético que penetra en el circuito cambia con el tiempo o si el circuito cambia de posición en relación con el campo magnético

Sobre un elemento portador de corriente de longitud dl en un campo magnético de inducción B actuará una fuerza F, cuyo valor se puede hallar mediante la siguiente fórmula:

Por lo tanto, la inducción B del campo magnético estudiado se puede encontrar por la fuerza F, que actúa sobre un conductor de longitud dada l, con una corriente continua de valor conocido I, colocado en este campo magnético.

En la práctica, las mediciones magnéticas se realizan convenientemente usando una cantidad llamada momento magnético. El momento magnético Pm caracteriza el contorno de la región S con la corriente I, y la magnitud del momento magnético se determina de la siguiente manera:

Si se utiliza una bobina con N vueltas, entonces su momento magnético será igual a:

El momento mecánico M de la fuerza de interacción magnética se puede encontrar en base a los valores del momento magnético Pm y la inducción del campo magnético B de la siguiente manera:

Sin embargo, para medir un campo magnético, no siempre es conveniente utilizar sus manifestaciones de fuerza mecánica. Afortunadamente, hay otro fenómeno con el que puedes contar. Este es el fenómeno de la inducción electromagnética. La ley de la inducción electromagnética en forma matemática se escribe de la siguiente manera:

Por lo tanto, el campo magnético se manifiesta como fuerzas o campos electromagnéticos inducidos. En este caso, la fuente del propio campo magnético, como se sabe, es una corriente eléctrica.

Si se conoce la corriente que genera el campo magnético en un punto dado del espacio, entonces se puede encontrar la intensidad del campo magnético en ese punto (a una distancia r del elemento de corriente). usando la ley de Biot-Savart-Laplace:

Cabe señalar que la inducción magnética B en el vacío está relacionada con la intensidad del campo magnético H (generado por la corriente correspondiente) por la siguiente relación:

La constante magnética de vacío en el sistema SI se define en amperios.Para un medio arbitrario, esta constante es la relación entre la inducción magnética en un medio dado y la inducción magnética en el vacío, y esta constante se llama permeabilidad magnética del medio:

La permeabilidad magnética del aire coincide prácticamente con la permeabilidad magnética del vacío; por lo tanto, para el aire, la inducción magnética B es prácticamente idéntica a la tensión del campo magnético H.

Una unidad para medir la inducción magnética. en NE — Tesla [T], en el sistema CGS — Gauss [G], y 1 T = 10000 G. Los dispositivos de medición para determinar la inducción del campo magnético se denominan teslámetros.

La intensidad del campo magnético H se mide en amperios por metro (A/m), definiéndose 1 amperio/metro como la intensidad del campo magnético de un solenoide de longitud infinita de densidad de vuelta unitaria cuando fluye a través de él una corriente de solenoide de 1 amperio. Un amperio por metro se puede definir de otra manera: es la fuerza del campo magnético en el centro de un circuito circular con una corriente de 1 amperio con un diámetro de espira de 1 metro.

Aquí vale la pena señalar un valor como el flujo magnético de inducción - F. Esta es una cantidad escalar, en el sistema SI se mide en Webers y en el sistema CGS - en Maxwells, con 1 μs = 0.00000001 Wb. 1 Weber es un flujo magnético de tal magnitud que cuando disminuye a cero, una carga de 1 culombio pasará a través de un circuito conductor con una resistencia de 1 Ohm conectada a él.

Si tomamos el flujo magnético F como valor inicial, entonces la inducción del campo magnético B no será más que la densidad del flujo magnético. Los dispositivos para medir el flujo magnético se llaman webmeters.

Señalamos anteriormente que la inducción magnética puede determinarse por la fuerza (o por el momento mecánico) o por la FEM inducida en el circuito. Son las llamadas conversiones de medidas directas, donde el flujo magnético o la inducción magnética se expresa por otra cantidad física (fuerza, carga, momento, diferencia de potencial) que está relacionada únicamente con la cantidad magnética por medio de una ley física básica.

Las transformaciones donde la inducción magnética B o el flujo magnético F es a través de la corriente I o la longitud l o el radio r se llaman transformaciones inversas. Tales transformaciones se realizan sobre la base de la ley de Biot-Savart-Laplace, utilizando la relación conocida entre la inducción magnética B y la fuerza del campo magnético H.