Вебер (единица измерения)

Вебер (русское обозначение: Вб; международное: Wb) — единица измерения магнитного потока в Международной системе единиц (СИ). Вебер является производной единицей СИ, определяемой как магнитный поток, при равномерном убывании которого до нуля за 1 секунду в контуре, охватывающем этот поток, возникает электродвижущая сила (ЭДС), равная 1 вольту. Названа в честь немецкого физика Вильгельма Эдуарда Вебера (1804–1891), внесшего значительный вклад в изучение электромагнетизма.

Определение и соотношение с другими единицами

В соответствии с определением, 1 вебер равен магнитному потоку, который, проходя через замкнутый контур с сопротивлением 1 ом, индуцирует в нём заряд в 1 кулон. Математически это выражается формулой:

\[ 1 \text{ Вб} = 1 \text{ В} \cdot \text{с} = 1 \text{ Тл} \cdot \text{м}^2 \]

где:

• В — вольт (единица электрического напряжения);
• с — секунда (единица времени);
• Тл — тесла (единица магнитной индукции);
• м² — квадратный метр (единица площади).

Таким образом, вебер можно также определить как магнитный поток, пронизывающий площадью 1 квадратный метр, расположенную перпендикулярно линиям однородного магнитного поля с индукцией 1 тесла.

В системе СГС (сантиметр-грамм-секунда) единицей магнитного потока является максвелл (Мкс). Соотношение между вебером и максвеллом:

\[ 1 \text{ Вб} = 10^8 \text{ Мкс} \]

История

Понятие магнитного потока было введено в физику в XIX веке в рамках развития электродинамики. Майкл Фарадей в 1831 году открыл явление электромагнитной индукции, показав, что изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, порождает в нём электрический ток. Количественное описание этого явления было дано Джеймсом Клерком Максвеллом в его уравнениях.

Единица измерения магнитного потока получила название «вебер» в честь Вильгельма Вебера, который совместно с Карлом Фридрихом Гауссом разработал первую систему абсолютных электрических и магнитных единиц. Вебер также известен своими работами по электродинамике и созданием первого электромагнитного телеграфа.

Официально вебер был принят в качестве единицы измерения магнитного потока в Международной системе единиц (СИ) на XI Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) в 1960 году. До этого в различных странах использовались другие единицы, например, линия (в Великобритании) или максвелл (в системе СГС).

Применение

Вебер является основной единицей измерения магнитного потока в науке и технике. Он используется в следующих областях:

Электротехника и электроника

• Расчёт трансформаторов и дросселей: Магнитный поток в сердечнике трансформатора, измеряемый в веберах, определяет его индуктивность и способность передавать энергию.
• Проектирование электрических машин: В генераторах и электродвигателях магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения, измеряется в веберах и влияет на крутящий момент и ЭДС.
• Измерение магнитных свойств материалов: При исследовании ферромагнетиков (например, стали) строятся кривые намагничивания, где по оси ординат часто откладывается магнитный поток в веберах.

Физика

• Электродинамика: В законе электромагнитной индукции Фарадея ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока (в веберах в секунду).
• Квантовая физика: В квантовой механике существует понятие кванта магнитного потока — фундаментальной физической константы, равной \( \Phi_0 = h/(2e) \approx 2,067833848 \times 10^{-15} \) Вб, где \( h \) — постоянная Планка, \( e \) — элементарный заряд. Квант магнитного потока играет ключевую роль в явлении сверхпроводимости (например, в эффекте Джозефсона).

Измерительная техника

• Флюксметры (веберметры): Специализированные приборы для измерения магнитного потока, проградуированные в веберах. Они используются для контроля качества постоянных магнитов, магнитных систем и магнитных полей в промышленности и научных лабораториях.

Кратные и дольные единицы

Для измерения больших или малых значений магнитного потока используются стандартные приставки СИ. Наиболее распространённые из них:

Интересные факты

• Магнитный поток, создаваемый магнитным полем Земли, пронизывающий площадь 1 квадратный метр на экваторе, составляет примерно 0,03–0,06 Вб (в зависимости от географического положения).
• В сверхпроводящих кольцах магнитный поток может сохраняться практически вечно, так как сопротивление сверхпроводника равно нулю, и ток, создающий поток, не затухает.
• В 2019 году Международное бюро мер и весов (МБМВ) переопределило единицы СИ, включая ампер, что косвенно затронуло и определение вебера, но его численное значение осталось неизменным.

Источники

• ГОСТ 8.417-2002. Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин.
• Международная система единиц (СИ). Брошюра SI, 9-е издание, 2019 г.
• Савельев И. В. Основы теоретической физики. Том 2. Электродинамика. — М.: Наука, 1982.
• Калашников С. Г. Электричество. — М.: Физматлит, 2003.