A unidade de ampere por metro, símbolo A/m, é o parceiro mais silencioso na mesma cadeia de medição, e muitas vezes aparece mais cedo do que o número de tesla que é citado. Uma sonda Hall pode ler 0,5 mT dentro de um motor, mas o engenheiro que projetou o enrolamento estava trabalhando em ampere por metro muito antes que a sonda fosse trazida para qualquer lugar perto da lacuna de ar.
A distinção é importante porque A/m descreve o campo de magnetização produzido pela própria corrente.O campo da Terra pode ser declarado como cerca de 40 A/m tão corretamente quanto 50 microtesla em alguns locais; as duas declarações estão ligadas por uma constante.A/m também aparece em especificações de coercividade, dados de perda de núcleo e equações de design solenoide escritas para engenheiros em vez de para livros didáticos.
O ampere por metro é a unidade SI da força do campo magnético, comumente chamado de campo H. É uma unidade derivada: a unidade de base do ampere dividida pelo metro da unidade de base do SI. Sua história começa com André-Marie Ampère e um experimento de tabuleiro com dois fios paralelos em 1820, e sua definição moderna mudou em 2019 quando o ampere foi redefinido em termos de carga elementar. O efeito prático dessa mudança para a maioria dos instrumentos foi insignificante. Seu efeito sobre o papel de calibração e sobre o valor da constante magnética não foi.
O que A/M realmente quantifica
H é um campo vetorial que quantifica a influência magnetizante criada por correntes elétricas livres.Em um solenoide longo, apertadamente ferido, a fórmula é curta o suficiente para escrever em uma placa de nome do motor: se n voltas são feridas por metro e carregam uma corrente I, o campo H dentro da bobina é nI, expressa em ampere por metro. Uma bobina com 100 voltas por metro carregando 1 ampere produz 100 A/m. A fórmula não requer saber o material dentro da bobina.
Essa é a lei do circuito de Ampère na sua forma mais simples.A integral de linha de H em torno de um caminho fechado é igual à corrente livre encerrada.H é o campo que você obtém da bobina antes que o material circundante responda.
A densidade de fluxo magnético B, medida em tesla, é o campo que exerce força sobre cargas em movimento e impulsiona os sensores de Hall.0 0H. Dentro de um material magnético, B é igual a μ0 0(H + M), onde M é magnetização, ela mesma medida em A / m. A unidade compartilhada é uma fonte de confusão: H e M são ambos amperes por metro, mas H é um campo de excitação externo e M é uma resposta material.
A distinção prática aparece em uma folha de dados de ferrite. Uma coluna lista H em A/m, a excitação. Outra lista B em millitesla, a densidade de fluxo resultante. Um material que parece modesto sob uma coluna pode ser extraordinário sob a outra, porque um núcleo de alta permeabilidade transforma um pequeno H em um grande B.
Duas linhas em 1820
André-Marie Ampère não descobriu eletromagnetismo a partir de um começo em branco. Em julho de 1820, Hans Christian Ørsted anunciou que uma corrente elétrica desviou uma agulha de bússola. Ampère se movia rapidamente para reduzir o fenômeno a uma lei de força. Ele mostrou que dois condutores paralelos atraem quando suas correntes fluem na mesma direção e repelem quando as correntes se opõem. A força por unidade de comprimento é proporcional ao produto das correntes e inversamente proporcional à distância entre os fios.
Em 1827, Ampère publicou seuMemoir sobre a Teoria Matemática dos Fenômenos Electrodinâmicos, Unicamente Deduzido da ExperiênciaA unidade foi nomeada por ele em 1881 no Congresso Elétrico Internacional, quase meio século após sua morte.O ampere por metro que usamos hoje é uma unidade SI derivada construída a partir desse nome e um metro comum.
A definição do ampere mudou em 2019 quando a Conferência Geral sobre Pesos e Medidas fixou a carga elementar e em 1.602 176 634 × 10- 19A/m não precisava de uma decisão separada; ela se segue do ampere e do metro.Introdução à redefinição do ampereexplica por que o tamanho do ampere foi preservado enquanto sua definição se tornou quântica.
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Onde os números estão no mundo real
O campo geomagnético da Terra na superfície varia de cerca de 25 μT a 65 μT em densidade de fluxo.0 0fornece um campo H de aproximadamente 20 A/m a 52 A/m. Um valor de latitude média em torno de 40 A/m é comum em discussões de ordem de magnitude.
O exemplo solenoide retorna com números reais. Uma bobina com 100 voltas por metro transportando 1 A produz H = 100 A/m. No ar, o correspondente B é μ0 0× 100, que equivale ao valor exatamente definido antigo 4π × 10- 7× 100 = 1.2566 × 104oT, cerca de 0,126 mT. Coloque a mesma bobina em torno de um núcleo com permeabilidade relativa de 1.000 e o campo B pode se aproximar de 0,126 T, embora a saturação mude o número real.
Grades de ímãs tornam a escala intuitiva. folhas de dados de ímãs permanentes muitas vezes listam coercividade HcEm kA/m. Algumas classes comerciais de boro de ferro de neodímio ficam nas centenas a milhares de kA/m. Esse número é o campo inverso necessário para levar a magnetização a zero, e é uma propriedade do material, declarado em unidades H em vez de unidades B por convenção.
Conversão sem perder a física
A unidade cgs oersted persiste em instrumentos mais antigos e folhas de material. Um oersted equivale a 1000 dividido por 4π ampere por metro, ou aproximadamente 79.577 A/m. Em vácuo, 1 A/m produz cerca de 1.2566 μT. Uma tabela de conversão curta é mais útil do que um parágrafo de aproximações.
| de | Dois | Multiplicado por |
|---|---|---|
| Cidade (Oe) | A / M | 79 577 |
| A/M em vácuo | Apresentação da Microtesla (μT) | 1o 2566 |
| por m/m | A / M | milhares |
A conversão de vácuo usa μ0 0Até o ano de 2019, μ0 0foi exatamente 4π × 10- 7Henry por metro porque o ampere foi definido em termos de força entre fios. Após a revisão de 2019, μ0 0é uma constante experimentalmente determinada. Sua incerteza relativa é de cerca de 1,5 × 1010o, pequeno o suficiente para deixar a maioria das conversões de engenharia intactas, mas grande o suficiente para importar na metrologia de precisão.
Calibração: a diferença entre definição e leitura
Uma definição é uma promessa. Calibração é a cadeia de suprimentos que a mantém. A brochura SI pode indicar o ampere com precisão; não pode dizer a um produtor de ímã se um lote de sensores Hall desliza após um ciclo de calor. É por isso que ímãs de referência, bobinas de campo e uma cadeia de calibradores de campo baixo existem em institutos nacionais de metrologia e laboratórios credenciados.
Quando um laboratório calibra uma sonda de fluxo ou Hall, geralmente compara o dispositivo com uma fonte de campo conhecida.Dependendo do sensor, essa fonte pode ser caracterizada como H em A/m ou B em tesla.Atualmente, a brochuraDefine as unidades; o procedimento de calibração define quão fielmente um determinado instrumento as realiza em uma tarde de terça-feira.
A temperatura, o alinhamento da sonda, a excitação AC versus DC, e até mesmo os parafusos que seguram uma fixação podem introduzir erros muito maiores do que a incerteza na definição SI. A diferença entre um padrão em Paris e uma leitura em uma célula de teste de motor não é um escândalo. É a condição normal de medição, e é por isso que as tolerâncias de engenharia existem separadamente das incertezas metrológicas.
Por que o campo H sobrevive em um mundo Tesla
A cada poucos anos, alguém prevê que A/m desaparecerá como dispositivos lidos em tesla. Isso não acontece, porque H se conecta diretamente às rotações de ampere em uma bobina. Um designer de motor calcula a força magnetomotora por metro antes de escolher um material. Um engenheiro de transformadores usa H para ler a curva B-H de um núcleo, onde a forma da saturação importa. Um fabricante de ímã afirma coercividade em kA/m porque o campo demagnetizante que mata um ímã permanente é melhor expressado em unidades de força de campo.
Sensores de fluxgate e magnetoimpedância, muitas vezes usados para medição de campo baixo, podem relatar em nanotesla, mas seus certificados de calibração freqüentemente traçam de volta aos padrões de campo H. O vocabulário duplo não é um fracasso de padronização; é uma divisão de trabalho. B descreve a densidade de fluxo e força. H descreve fontes de corrente e demanda de magnetização. Um não pode reduzir o outro, porque o material entre muda a relação.
A biografia deAndré-Marie AmpèreA unidade que leva seu nome é mais antiga do que o telefone e a rede elétrica, mas ainda funciona diariamente nas máquinas elétricas mais antigas e mais recentes.
O que muda não é a definição
A próxima década não trará outra redefinição de A/m. Trará mais lugares onde a unidade tem que ser confiada fora de um laboratório de metrologia: motores de tração de veículos elétricos, pads de carregamento sem fio, microsensores magnéticos e controlos de qualidade da linha de produção.A pergunta difícil no ano dois após qualquer nova sonda ou padrão não é se o SI é correto.É se a leitura na tela da fábrica corresponde ao certificado de calibração, e se alguém testou o mesmo sensor a 40 graus.
O ampere por metro começou como uma força entre dois fios em uma tabela. Tornou-se uma equação, depois uma unidade nomeada, depois uma infraestrutura de bobinas padrão e laboratórios de calibração que a maioria das pessoas nunca vê.