La unité ampère par mètre, symbole A/m, est le partenaire plus silencieux dans la même chaîne de mesure, et il apparaît souvent plus tôt que le numéro de tesla qui est cité. Une sonde Hall peut lire 0,5 mT à l'intérieur d'un moteur, mais l'ingénieur qui a conçu le roulement travaillait en ampères par mètre longtemps avant que la sonde ne soit amenée n'importe où près de l'écart d'air.
La distinction est importante car A/m décrit le champ magnétisant produit par le courant lui-même. le champ de la Terre peut être déclaré comme environ 40 A/m tout aussi correctement que 50 microtesla à certains endroits; les deux déclarations sont liées par une constante. A/m apparaît également dans les spécifications de coercivité, les données de perte de noyau et les équations de conception solénoïdes écrites pour les ingénieurs plutôt que pour les manuels.
L'ampère par mètre est l'unité SI de la force du champ magnétique, communément appelée le champ H. C'est une unité dérivée: l'unité de base de l'ampère divisée par le mètre de l'unité de base du SI. Son histoire commence avec André-Marie Ampère et une expérience de tablette avec deux fils parallèles en 1820, et sa définition moderne a changé en 2019 lorsque l'ampère a été redéfinie en termes de charge élémentaire. L'effet pratique de ce changement pour la plupart des instruments était négligeable. Son effet sur le papier d'étalonnage et sur la valeur de la constante magnétique n'était pas.
Qu’est-ce que A/M en fait quantifier
H est un champ vectoriel qui quantifie l'influence magnétisante créée par les courants électriques libres. Dans un solénoïde long et serré, la formule est assez courte pour écrire sur une plaque de nom du moteur: si n tours sont blessés par mètre et portent un courant I, le champ H à l'intérieur de la bobine est nI, exprimé en ampères par mètre. Une bobine avec 100 tours par mètre portant 1 ampère produit 100 A/m. La formule ne nécessite pas de savoir quel matériau est à l'intérieur de la bobine.
C'est la loi du circuit d'Ampère dans sa forme la plus simple.La ligne intégrale de H autour d'un chemin fermé est égale au courant libre encerclé.H est le champ que vous obtenez de la bobine avant que le matériau environnant ne réagisse.
La densité de flux magnétique B, mesurée en tesla, est le champ qui exerce la force sur les charges en mouvement et conduit les capteurs Hall.0 0H. A l'intérieur d'un matériau magnétique, B est égal à μ0 0(H + M), où M est la magnétisation, elle-même mesurée en A / m. L'unité partagée est une source de confusion: H et M sont les deux ampères par mètre, mais H est un champ d'excitation externe et M est une réponse matérielle.
La distinction pratique apparaît sur une feuille de données de ferrite. Une colonne liste H en A/m, l'excitation. Une autre liste B en millitesla, la densité de flux résultante. Un matériau qui semble modeste sous une colonne peut être extraordinaire sous l'autre, car un noyau de haute perméabilité transforme un petit H en un grand B.
Deux lignes en 1820
André-Marie Ampère n'a pas découvert l'électromagnétisme dès le début. En juillet 1820, Hans Christian Ørsted a annoncé qu'un courant électrique déviait une aiguille de boussole. Ampère s'est rapidement déplacé pour réduire le phénomène à une loi de la force. Il a montré que deux conducteurs parallèles attirent quand leurs courants coulent dans la même direction et repoussent quand les courants s'opposent. La force par unité de longueur est proportionnelle au produit des courants et inversement proportionnelle à la distance entre les fils.
En 1827, Ampère publie sonMémoire sur la théorie mathématique des phénomènes électrodynamiques, déduit uniquement de l'expérienceL'unité a été nommée pour lui en 1881 au Congrès international de l'électricité, près d'un demi-siècle après sa mort.L'ampère par mètre que nous utilisons aujourd'hui est une unité SI dérivée construite à partir de ce nom et un mètre ordinaire.
La définition de l'ampère a changé en 2019 lorsque la Conférence générale sur les poids et les mesures a fixé la charge élémentaire e à 1.602 176 634 × 10- 19A/m n’a pas besoin d’une décision séparée ; elle découle de l’ampère et du mètre.Introduction à la redefinition de l'ampèreexplique pourquoi la taille de l'ampère a été conservée alors que sa définition est devenue quantique.
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Où les chiffres se trouvent dans le monde réel
Le champ géomagnétique de la Terre à la surface varie d'environ 25 μT à 65 μT en densité de flux.0 0donne un champ H d'environ 20 A/m à 52 A/m. Une valeur de latitude moyenne d'environ 40 A/m est courante dans les discussions d'ordre de magnitude.
Une bobine de 100 tours par mètre portant 1 A produit H = 100 A/m. Dans l'air, le B correspondant est μ0 0× 100, qui équivaut à l'ancienne valeur exacte 4π × 10- 7× 100 = 1 2566 × 10- 4 foisT, environ 0,126 mT. Mettez la même bobine autour d'un noyau avec une perméabilité relative de 1000 et le champ B peut approcher de 0,126 T, bien que la saturation change le nombre réel.
Les grades magnétiques rendent l'échelle intuitive. Les feuilles de données magnétiques permanents listent souvent la coercivité HcDans kA / m. Certains niveaux commerciaux de boron de fer néodymium se trouvent dans les centaines à des milliers de kA / m. Ce nombre est le champ inverse nécessaire pour ramener la magnétisation à zéro, et c'est une propriété du matériau, déclarée en unités H plutôt que en unités B par convention.
Conversion sans perdre la physique
L'unité cgs oersted persiste sur les instruments plus anciens et les feuilles de matériaux. Un oersted équivaut à 1000 divisé par 4π ampères par mètre, ou environ 79.577 A/m. Dans le vide, 1 A/m produit environ 1.2566 μT. Une table de conversion courte est plus utile qu'un paragraphe d'approximations.
| de | deux | Multiplié par |
|---|---|---|
| Hôtel de ville (Oe) | A / M | 79 577 personnes |
| A/M dans le vide | MicroTesla (&mu ;T) | 1er 2566 |
| M / M | A / M | 1 000 |
La conversion de vide utilise μ0 0A partir de 2019, μ0 0Il y a plus de 4π ×- 7Henry par mètre parce que l'ampère a été défini en termes de force entre les fils. Après la révision 2019, μ0 0est une constante déterminée expérimentalement. son incertitude relative est d'environ 1,5 × 1010ème, assez petit pour laisser la plupart des conversions d'ingénierie intactes, mais assez grand pour avoir une importance dans la métrologie de précision.
Calibration : l’écart entre définition et lecture
Une définition est une promesse.La calibration est la chaîne d'approvisionnement qui le maintient.La brochure SI peut indiquer l'ampère avec précision; elle ne peut pas dire à un producteur d'aimant si un lot de capteurs Hall dérive après un cycle de chaleur.C'est pourquoi des aimants de référence, des bobines de champ et une chaîne de calibrateurs à faible champ existent dans les instituts nationaux de métrologie et les laboratoires accrédités.
Lorsqu'un laboratoire calibre une sonde de fluxgate ou Hall, il compare généralement le dispositif à une source de champ connue. En fonction du capteur, cette source peut être caractérisée comme H en A/m ou B en tesla.La brochure actuelledéfinit les unités; la procédure d'étalonnage définit à quel point un instrument particulier les réalise fidèlement un mardi après-midi.
La température, l'alignement de la sonde, l'excitation AC versus DC, et même les vis tenant une fixation peuvent introduire des erreurs bien plus grandes que l'incertitude dans la définition SI. L'écart entre une norme à Paris et une lecture dans une cellule de test moteur n'est pas un scandale. C'est la condition normale de la mesure, et c'est pourquoi les tolérances d'ingénierie existent séparément des incertitudes métrologiques.
Pourquoi le champ H survit dans un monde Tesla
Tous les quelques années, quelqu’un prédit que A/m s’estompe comme des dispositifs lus en tesla. Ce n’est pas le cas, car H se connecte directement aux tours d’ampère dans une bobine. Un concepteur de moteur calcule la force magnéto-moteur par mètre avant de choisir un matériau. Un ingénieur de transformateur utilise H pour lire la courbe B-H d’un noyau, où la forme de la saturation est importante. Un fabricant d’aimants déclare la coercitivité en kA/m parce que le champ démagnétisant qui tue un aimant permanent est le mieux exprimé dans les unités de force de champ.
Les capteurs de fluxgate et d'impédance magnétique, souvent utilisés pour la mesure de champ bas, peuvent signaler en nanotesla, mais leurs certificats d'étalonnage remontent souvent aux normes de champ H. Le vocabulaire double n'est pas un échec de normalisation; c'est une division du travail. B décrit la densité et la force du flux. H décrit les sources courantes et la demande de magnétisation. L'un ne peut pas réduire l'autre, car le matériau entre modifie la relation.
La biographie depar André-Marie AmpèreL'unité qui porte son nom est plus ancienne que le téléphone et le réseau électrique, mais elle fonctionne toujours quotidiennement dans les machines électriques les plus anciennes et les plus récentes.
Ce qui change ensuite n'est pas la définition
La prochaine décennie n'apportera pas une nouvelle redéfinition de A/m. Il apportera plus de lieux où l'unité doit être confiée en dehors d'un laboratoire de métrologie: moteurs de traction de véhicules électriques, pads de recharge sans fil, microsensors magnétiques et contrôles de qualité de la ligne de production.La question difficile dans l'année deux après toute nouvelle sonde ou norme n'est pas si le SI est correct.
L'ampère par mètre a commencé comme une force entre deux fils sur une table. Il est devenu une équation, puis une unité nommée, puis une infrastructure de bobines standard et de laboratoires d'étalonnage que la plupart des gens ne voient jamais.