La unidad ampere por metro, símbolo A/m, es el compañero más silencioso en la misma cadena de medición, y a menudo aparece antes que el número de Tesla que se cita.Una sonda de Hall puede leer 0,5 mT dentro de un motor, pero el ingeniero que diseñó el enrollamiento trabajaba en amperios por metro mucho antes de que la sonda fuera llevada a cualquier lugar cerca del abismo de aire.
La distinción es importante porque A/m describe el campo magnetizante producido por la propia corriente. el campo de la Tierra puede ser declarado como aproximadamente 40 A/m tan correctamente como 50 microtesla en algunos lugares; las dos declaraciones están conectadas por una constante. A/m también aparece en especificaciones de coercividad, datos de pérdida de núcleo y ecuaciones de diseño solenoide escritas para ingenieros en lugar de para libros de texto.
El ampere por metro es la unidad SI de la fuerza del campo magnético, comúnmente llamada el campo H. Es una unidad derivada: la unidad de base ampere dividida por el metro de la unidad de base SI. Su historia comienza con André-Marie Ampère y un experimento de tablero con dos cables paralelos en 1820, y su definición moderna cambió en 2019 cuando el ampere fue redefinido en términos de carga elemental. El efecto práctico de ese cambio para la mayoría de los instrumentos fue insignificante. Su efecto en el papel de calibración y en el valor de la constante magnética no fue.
Lo que A/M realmente cuantifica
H es un campo vector que cuantifica la influencia magnetizante creada por las corrientes eléctricas libres. En un solenoide largo, apretamente herido, la fórmula es lo suficientemente corta como para escribir en una placa de nombre del motor: si n vueltas son vueltas por metro y llevan una corriente I, el campo H dentro de la bobina es nI, expresado en amperios por metro. Una bobina con 100 vueltas por metro transportando 1 ampere produce 100 A/m. La fórmula no requiere saber qué material está dentro de la bobina.
Esta es la ley del circuito de Ampère en su forma más simple.La integral de línea de H alrededor de un camino cerrado equivale a la corriente libre encerrada.H es el campo que se obtiene de la bobina antes de que el material circundante responda.
La densidad de flujo magnético B, medida en tesla, es el campo que ejerce la fuerza sobre las cargas en movimiento y impulsa los sensores de Hall.0 0H. Dentro de un material magnético, B es igual a μ0 0(H + M), donde M es magnetización, se mide en A / m. La unidad compartida es una fuente de confusión: H y M son ambos amperios por metro, pero H es un campo de excitación exterior y M es una respuesta material.
La diferencia práctica aparece en una hoja de datos de ferrita. Una columna lista H en A/m, la excitación. Otra lista B en millitesla, la densidad de flujo resultante. Un material que parece modesto bajo una columna puede ser extraordinario bajo la otra, porque un núcleo de alta permeabilidad convierte a un pequeño H en un gran B.
Dos cabezas en 1820
André-Marie Ampère no descubrió el electromagnetismo desde un principio en blanco. En julio de 1820, Hans Christian Ørsted anunció que una corriente eléctrica desviaba una aguja de compás. Ampère se movía rápidamente para reducir el fenómeno a una ley de fuerza. Mostró que dos conductores paralelos atraen cuando sus corrientes fluyen en la misma dirección y repelen cuando las corrientes se oponen. La fuerza por unidad de longitud es proporcional al producto de las corrientes y inversamente proporcional a la distancia entre los cables.
En 1827 Ampère publicó suMemoria sobre la Teoría Matemática de los Fenómenos Electrodinámicos, Únicamente Deducida de la ExperienciaLa unidad fue nombrada por él en 1881 en el Congreso Internacional de Electricidad, casi medio siglo después de su muerte.El ampere por metro que utilizamos hoy en día es una unidad SI derivada construida de ese nombre y un metro ordinario.
La definición del ampere cambió en 2019 cuando la Conferencia General sobre Pesos y Medidas fijó la carga elemental e en 1.602 176 634 × 10- 19A/m no necesitaba una decisión separada; se deriva del ampere y el metro.Introducción a la redefinición de ampereexplica por qué el tamaño del ampere fue preservado mientras su definición se convirtió en cuántica.
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Donde se encuentran los números en el mundo real
El campo geomagnético de la Tierra en la superficie varía de aproximadamente 25 μT a 65 μT en densidad de flujo.0 0proporciona un campo H de aproximadamente 20 A/m a 52 A/m. Un valor de latitud media de alrededor de 40 A/m es común en las discusiones de orden de magnitud.
El ejemplo solenoide devuelve con números reales. Una bobina con 100 vueltas por metro que lleva 1 A produce H = 100 A/m. En el aire, el B correspondiente es μ0 0× 100, que equivale al antiguo valor exactamente establecido 4π × 10- 7× 100 = 1.2566 × 10- 4T, aproximadamente 0,126 mT. Ponga la misma bobina alrededor de un núcleo con permeabilidad relativa de 1.000 y el campo B puede acercarse a 0,126 T, aunque la saturación cambia el número real.
Las puntuaciones magnéticas hacen que la escala sea intuitiva. Las hojas de datos de imanes permanentes a menudo enumeran la coercividad HcEn kA/m. Algunas clases comerciales de boro de hierro de neódimo se sitúan en los cientos a miles de kA/m. Ese número es el campo inverso necesario para llevar la magnetización a cero, y es una propiedad del material, declarado en unidades H en lugar de unidades B por convención.
Conversión sin perder la física
La unidad cgs oersted persiste en instrumentos y hojas de material más antiguos. un oersted equivale a 1000 dividido por 4π amperios por metro, o aproximadamente 79.577 A/m. En vacío, 1 A/m produce alrededor de 1.2566 μT. Una tabla de conversión corta es más útil que un párrafo de aproximaciones.
| de | Dos | Multiplicado por |
|---|---|---|
| de la ciudad (Oe) | a / m | 79.577 personas |
| A/M en el vacío | MicroTesla (μT) | 1 2566 |
| por m/m | a / m | mil mil |
La conversión de vacío utiliza μ0 0Antes de 2019, μ0 0Fue exactamente 4π × 10- 7Henry por metro porque el ampere fue definido en términos de la fuerza entre los cables.Después de la revisión de 2019, μ0 0es una constante determinada experimentalmente. Su incertidumbre relativa es de aproximadamente 1.5 × 1010o, lo suficientemente pequeño como para dejar intacta la mayoría de las conversiones de ingeniería, pero lo suficientemente grande como para importar en la metrología de precisión.
Calibración: la brecha entre definición y lectura
Una definición es una promesa.La calibración es la cadena de suministro que la mantiene.El folleto SI puede indicar con precisión el ampere; no puede decir a un fabricante de imanes si un lote de sensores Hall se desplaza después de un ciclo de calor.Por eso existen imanes de referencia, bobinas de campo y una cadena de calibradores de campo bajo en institutos nacionales de metrología y laboratorios acreditados.
Cuando un laboratorio calibra una sonda de flujo o Hall, generalmente compara el dispositivo con una fuente de campo conocida. Dependiendo del sensor, esa fuente puede caracterizarse como H en A/m o B en tesla.Actualidad BrochuraDefine las unidades; el procedimiento de calibración define cuán fielmente un instrumento particular las realiza en una tarde de martes.
La temperatura, el alineamiento de la sonda, la excitación AC versus DC, e incluso los tornillos que sostienen una fijación pueden introducir errores mucho mayores que la incertidumbre en la definición SI. La brecha entre un estándar en París y una lectura en una celda de prueba de motor no es un escándalo. Es la condición normal de medición, y es por eso que las tolerancias de ingeniería existen separadamente de las incertidumbres metrológicas.
Por qué el campo H sobrevive en un mundo de Tesla
Cada pocos años alguien predice que A/m desaparecerá como dispositivos leídos en tesla. Esto no sucede, porque H se conecta directamente a las giras de ampere en una bobina. Un diseñador de motores calcula la fuerza magnetomotriz por metro antes de elegir un material. Un ingeniero de transformadores utiliza H para leer la curva B-H de un núcleo, donde la forma de la saturación importa. Un fabricante de imanes establece la coercividad en kA/m porque el campo demagnetizante que mata a un imán permanente se expresa mejor en unidades de fuerza de campo.
Los sensores de flujo y magnetoimpedancia, a menudo utilizados para la medición de campo bajo, pueden informar en nanotesla, pero sus certificados de calibración a menudo se remontan a los estándares de campo H. El vocabulario dual no es un fracaso de la estandarización; es una división del trabajo. B describe la densidad de flujo y la fuerza. H describe las fuentes de corriente y la demanda de magnetización. Uno no puede reducir al otro, porque el material entre cambia la relación.
La biografía dede André-Marie AmpèreLa unidad que lleva su nombre es más antigua que el teléfono y la red eléctrica, pero todavía funciona diariamente en las máquinas eléctricas más antiguas y más recientes.
Lo que cambia no es la definición
La próxima década no traerá otra redefinición de A/m. Esto traerá más lugares donde la unidad debe ser confiada fuera de un laboratorio de metrología: motores de tracción de vehículos eléctricos, pads de carga inalámbricos, microsensores magnéticos y controles de calidad de la línea de producción. La pregunta difícil en el año dos después de cualquier nueva sonda o estándar no es si el SI es correcto. Es si la lectura en la pantalla de fábrica coincide con el certificado de calibración, y si alguien probó el mismo sensor a 40 grados.
El ampere por metro comenzó como una fuerza entre dos cables en una mesa. Se convirtió en una ecuación, luego una unidad nombrada, luego una infraestructura de bobinas estándar y laboratorios de calibración que la mayoría de la gente nunca ve.