磁場測定の原理、磁場パラメータを測定するための機器

地球の磁極の方向を示す最初の磁気コンパスは、紀元前 3 世紀に中国で登場しました。これらは、磁性鉄鉱石で作られた柄の短い丸い取鍋の形をした装置でした。

スプーンは凸面部分を滑らかな銅または木製の表面に置き、その上に黄道十二宮のイメージで区画が描かれ、基点を示しました。コンパスを作動させるには、スプーンを軽く押すと回転し始めます。やがてスプーンが止まったとき、その柄はちょうどいい方向を向いていた 地球の南磁極に向かって.

12 世紀以降、コンパスはヨーロッパの旅行者に積極的に使用されました。これらは磁気偏差を測定するために陸上輸送と船舶の両方に設置されました。

18 世紀の終わりから、磁気現象は当時の科学者にとって慎重な研究の対象となりました。ペンダントは 1785 年に地球の磁場の強さを定量化する方法を提案しました。 1832年ガウスは、より正確な測定を通じて磁場強度の絶対値を決定できる可能性を示しました。

磁気現象と電荷の移動中に観察される力の影響との関係は、1820 年にエルステッドによって初めて確立されました。マクスウェルは後にこの関係を有理形式で書きます— 数式の形で (1873):

現在まで、磁場のパラメータを測定するために次の手法が使用されています。

• テスラメータ - 力 H または磁場の誘導 B の値を測定するための装置。

• ウェブメーター — 磁束 Ф の大きさを測定するための機器。

• 磁場勾配計 — 磁場の不均一性を測定するための装置。

も存在します:

• 磁気モーメント M を測定するための装置。

• ベクトル B の方向を測定するための機器。

• さまざまな材料の磁気定数を測定するための機器。

磁気誘導ベクトル B は強いサイドアクションの強さを特徴づけます 磁場 （極または電流に対して）したがって、それは空間内の特定の点におけるその主な特性です。

したがって、研究対象の磁場は磁石または電流要素と強く相互作用する可能性があり、回路を貫通する磁場が時間の経過とともに変化する場合、または回路の位置が相対的に変化する場合、回路内に誘導EMFを誘発する可能性もあります。磁場。

誘導磁場 B 内の長さ dl の通電要素は力 F の作用を受けます。その値は次の公式を使用して求められます。

したがって、研究対象の磁場の誘導 B は、この磁場に置かれた既知の値 I の直流によって、所定の長さ l の導体に作用する力 F によって求めることができます。

実際には、磁気測定は磁気モーメントと呼ばれる量を使用して実行すると便利です。磁気モーメント Pm は、電流 I による領域 S の輪郭を特徴付け、磁気モーメントの大きさは次のように決定されます。

N 巻きのコイルが使用される場合、その磁気モーメントは次のようになります。

磁気相互作用力の機械モーメント M は、磁気モーメント Pm と磁場誘導 B の値に基づいて次のように求めることができます。

ただし、磁場の測定には、その機械的な力の発現を利用することが必ずしも便利であるとは限りません。幸いなことに、信頼できる現象がもう 1 つあります。これが電磁誘導という現象です。電磁誘導の法則は数学的に次のように記述されます。

したがって、磁場は力または誘導起電力として現れます。この場合、知られているように、磁場の発生源自体は電流である。

空間内の特定の点で磁場を生成する電流がわかっている場合、その点 (電流要素からの距離 r の場所) での磁場の強度を見つけることができます。 ビオ・サバール・ラプラスの法則を使用する:

真空中の磁気誘導 B は、次の関係によって磁界強度 H (対応する電流によって生成される) に関係していることに注意してください。

SI システムにおける真空磁気定数はアンペアで定義されます。任意の媒体の場合、この定数は、特定の媒体内の磁気誘導と真空内の磁気誘導の比であり、この定数はと呼ばれます。 媒体の透磁率:

空気の透磁率は真空の透磁率とほぼ一致します。したがって、空気の場合、磁気誘導 B は磁場応力 H と実質的に同じになります。

磁気誘導を測定するユニット 北東で — テスラ [T]、CGS システムでは — ガウス [G]、および 1 T = 10000 G。磁場誘導を測定するための測定装置はテスラメーターと呼ばれます。

磁界強度 H はアンペア/メートル (A/m) で測定され、1 アンペア/メートルは、1 アンペアのソレノイド電流が流れるときの単位巻数密度の無限長ソレノイドの磁界強度として定義されます。 1 メートルあたり 1 アンペアは、別の方法で定義することもできます。つまり、ループ直径 1 メートル、電流 1 アンペアの円形回路の中心の磁場の強さです。

ここで、誘導磁束 F などの値に注目する価値があります。これはスカラー量であり、SI システムではウェーバーで測定され、CGS システムではマクスウェルで測定され、1 μs = 0.00000001 Wb です。 1 ウェーバーは、ゼロまで減少すると、1 オームの抵抗が接続された導体回路を 1 クーロンの電荷が通過するような大きさの磁束です。

磁束 F を初期値とすれば、磁界誘導 B は磁束密度に過ぎません。磁束を測定する装置はウェブメーターと呼ばれます。

磁気誘導は、力 (または機械的モーメント) または回路内に誘導される EMF によって決定できることを上で述べました。これらは、いわゆる直接測定変換であり、磁束または磁気誘導は、基本的な物理法則によって磁気量と一意に関係する別の物理量 (力、電荷、モーメント、電位差) で表現されます。

磁気誘導 B または磁束 F が電流 I、長さ l、半径 r を通過する変換を逆変換と呼びます。このような変換は、磁気誘導 B と磁場の強さ H の間の既知の関係を使用して、ビオ・サバール・ラプラスの法則に基づいて実行されます。