Henry (H) — induktanssin SI‑yksikkö: määritelmä ja historia
Henry (H) — induktanssin SI‑yksikön määritelmä, historia ja Joseph Henryn sekä Faradayn löydöt. Käytännöt, permeabiliteetti ja nimeämissäännöt selkeästi ja ytimekkäästi.
Fysiikassa ja elektroniikassa henry (symboli H) on induktanssin SI‑yksikkö. Se on nimetty Joseph Henryn (1797–1878), sähkömagneettisen induktion keksineen amerikkalaisen tiedemiehen mukaan. Englannissa Michael Faraday (1791–1867) havaitsi ilmiön itsenäisesti; löydöt tehtiin suunnilleen samaan aikaan. Täydellisen tyhjiön magneettinen permeabiliteetti oli perinteisesti esitetty muodossa 4π×10−7 H/m (henryä per metri), mutta tästä on nykyisessä SI‑järjestelmässä huomioitavia muutoksia — ks. alla.
Määritelmä ja perusyhtälöt
Määritelmä: induktanssi L on sellainen suure, että kun siinä kulkeva virta I muuttuu ajan funktiona, indusoitu jännite (emf) on verrannollinen virran muutokseen. Täsmällisesti:
- E = −L (dI/dt), jossa E on indusoitu jännite volteissa (V), L on induktanssi henryinä (H) ja dI/dt on virran muutosnopeus (A/s).
- Yksi henry on se induktanssi, joka tuottaa yhden voltin jännitteen, kun virta muuttuu yhden ampeerin sekunnissa: 1 H = 1 V·s/A.
- Muita ekvivalentteja muotoja: 1 H = 1 Wb/A = 1 Ω·s. SI‑perusyksiköissä: 1 H = 1 kg·m²·s−2·A−2.
Käytännön suuruusluokat ja esimerkkejä
Induktanssin käytännön arvot vaihtelevat suuresti sovelluksesta riippuen:
- RF‑piireissä ja käämeissä tyypilliset arvot ovat nano‑ (nH) ja mikrohenryt (µH).
- Äänitekniikan ja pienitehoisten suodattimien käämit ovat usein millihenryjä (mH).
- Tehoelektroniikassa kela voi olla arvoltaan mH–kymmeniä mH; erikoistapauksissa (esim. suuritehoiset energian varastokelat) käytetään yksittäisiä henryjä tai suurempia arvoja.
Nimeäminen ja merkintä
Yksikön symboli on iso kirjain H, mutta yksikön nimi kirjoitetaan pienellä alkukirjaimella, ellei se aloita lausetta: "henry". Kansallinen standardointi- ja teknologiainstituutti (National Institute of Standards and Technology) opastaa SI‑järjestelmän amerikkalaisia käyttäjiä käyttämään muotoa "henry" myös monikossa (englannissa ei lisätä -s‑päätettä yksikön nimeen). Suomessa yksikön nimi taipuu suomen kieliopin mukaisesti (esim. "5 henryä").
Historia
Joseph Henry teki 1800‑luvun alussa ja keskivaiheilla useita tärkeitä kokeellisia töitä sähkömagneetismista ja käämien induktiivisista ilmiöistä. Michael Faraday julkaisi omat tuloksensa sähkömagneettisesta induktiosta 1830–1831, ja vaikka Faraday ja Henry työskentelivät itsenäisesti, heidän löydöksensä ovat samankaltaisia ja muodostavat perustan induktanssin käsitteelle. Yksikön nimi "henry" otettiin käyttöön honoraarina Joseph Henrylle.
Huomautus magneettisesta permeabiliteetista ja SI‑uudistus
Ennen vuoden 2019 SI‑uudistusta tyhjiön permeabiliteetti μ0 oli määritelty tarkasti arvoksi 4π×10−7 H/m. SI‑järjestelmän uudistuksen jälkeen perusarvojen määrittelyt muuttuivat, ja μ0 ei enää ole kiinteä määritelty vakio samalla tavalla; sen numeerinen arvo riippuu nyt mittauksista ja muiden perusvakioiden valituista arvoista (esim. alkeisvarauksesta ja hienorakenteisesta vakiosta). Käytännön laskuissa ja monissa oppikirjoissa käytetään silti arvoa 4π×10−7 H/m, ellei haluta tarkempaa nykyaikaista arviota.
Lisätieto
Induktanssi on keskeinen suure sähkö- ja elektroniikkasuunnittelussa: se vaikuttaa suodattimiin, resonanssipiireihin, energian varastointiin ja siirtoon. Perusyhtälöiden ja suuruusluokkien ymmärtäminen auttaa valitsemaan ja mitoittamaan keloja ja säätämään piirit halutun taajuuskäyttäytymisen saavuttamiseksi.
Induktori.
Määritelmä
Jos virtapiirin virran muutosnopeus on yksi ampeeri sekunnissa ja siitä aiheutuva sähkömotorinen voima on yksi voltti, virtapiirin induktanssi on yksi henry. Muita vastaavia SI-yksiköiden yhdistelmiä ovat seuraavat:
H = m 2 ⋅ kg s 2 ⋅ A 2 = J A 2 = Wb A = m 2 ⋅ T A = s 2 F = V ⋅ s A = J/C ⋅ s C/s = J ⋅ s 2 C 2 = m 2 ⋅ kg C 2 = Ω ⋅ s {\displaystyle {\mbox{H}}={\dfrac {{\mbox{m}}^{2}\cdot {\mbox{kg}}}{{\mbox{s}}^{2}\cdot {\mbox{A}}^{2}}}={\dfrac {\mbox{J}}{{\mbox{A}}^{2}}}={\dfrac {\mbox{Wb}}{\mbox{A}}}={\dfrac {{\mbox{m}}^{2}\cdot {\mbox{T}}}{\mbox{A}}}={\dfrac {{\mbox{s}}^{2}}{\mbox{F}}}={\dfrac {{\mbox{V}}\cdot {\mbox{s}}}{\mbox{A}}}={\dfrac {{\mbox{J/C}}\cdot {\mbox{s}}}{\mbox{C/s}}}={\dfrac {{\mbox{J}}\cdot {\mbox{s}}^{2}}{{{\mbox{C}}^{2}}}={\dfrac {{\mbox{m}}^{2}}\cdot {\mbox{kg}}}{{{{\mbox{C}}^{2}}}=\Omega \cdot {\mbox{s}}}} 
jossa
A = ampeeri
C = coulomb
F = faradi
J = joule
kg = kilogramma
m = metri
s = sekunti
Wb = weber
T = tesla
V = voltti
Ω = ohmi
Aiheeseen liittyvät sivut
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on Henry fysiikassa ja elektroniikassa?
A: Henry on induktanssin SI-yksikkö fysiikassa ja elektroniikassa.
K: Kuka on Joseph Henry ja mikä on hänen merkityksensä henry-yksikölle?
V: Joseph Henry on amerikkalainen tiedemies, joka löysi sähkömagneettisen induktion, ja henry-yksikkö on nimetty hänen mukaansa.
K: Kuka löysi itsenäisesti sähkömagneettisen induktion samoihin aikoihin kuin Joseph Henry?
V: Michael Faraday löysi itsenäisesti sähkömagneettisen induktion suunnilleen samaan aikaan kuin Joseph Henry.
K: Mikä on täydellisen tyhjiön magneettinen permeabiliteetti henryinä metriä kohti?
V: Täydellisen tyhjiön magneettinen permeabiliteetti on 4π×10-7 H/m (henryä metriä kohti).
K: Miten National Institute of Standards and Technology ehdottaa kirjoitettavaksi henryn monikossa?
V: Kansallinen standardointi- ja teknologiainstituutti ehdottaa, että henryn monikko kirjoitetaan muotoon henries.
K: Pitäisikö yksiköiden nimet kirjoittaa isolla alkukirjaimella?
V: Ei, yksiköiden nimiä ei pitäisi kirjoittaa isolla alkukirjaimella.
K: Mikä on henryn symboli?
V: Henryn symboli on H.
Etsiä