Tesla
I 1997 steg en levende frø op i luften i et laboratorium for stærke felter i Nijmegen. Ingen holdt den. Den svævede inde i det lodrette rør i en magnet på 16 T. Vandet i frøens krop frastødes svagt af feltet, og ved den styrke blev frastødningen større end vægten. Frøen tog ingen skade, og Andre Geim og Michael Berry fik Ig Nobel-prisen for forsøget.
Tesla er enheden for magnetisk fluxtæthed. Den viser, hvor tæt den magnetiske flux går: en tesla er en weber gennem en kvadratmeter. Jordens felt er omkring 50 µT. En køleskabsmagnet er nogle få millitesla. En MR-scanner på et hospital er 1,5 eller 3 T.
| Betegnelse | T |
| Definition | weber pr. kvadratmeter · Wb/m² · V·s/m² · kg·s⁻²·A⁻¹ |
| Referenceværdier | en proton i vand præcesserer med 42,576 384 MHz pr. tesla · 1 T = 10⁴ G |
| Indført | i SI siden 1960, XI. generalkonference · opkaldt efter Nikola Tesla |
| Standarder | ISO 80000-6 · IEC 60050-121 · IEC 60601-2-33 · SI Brochure 9th ed. |
| Typiske værdier | 50 µT — jordens felt · 3 T — MR-scanner · 16 T — en frø svæver |
01 · Definition
En weber på hver kvadratmeter
Den magnetiske fluxtæthed B viser, hvor kraftigt et felt skubber til en ladning i bevægelse. Lorentzkraften er ladningen gange hastigheden gange fluxtætheden. Lad en ladning på en coulomb flyve vinkelret på et felt på 1 T med 1 m/s. Så virker der en kraft på 1 N på den. Sådan udtrykkes tesla ved mekanik.
Samme tesla er magnetisk fluxtæthed: en weber gennem en kvadratmeter. Derfor måler man et felt på to måder. Man kan se, hvor meget det afbøjer elektroner i en halvleder — sådan virker en Hall-sensor. Man kan måle, med hvilken frekvens protoner vipper i det — sådan virker NMR.
Hvordan en sensor mærker et felt
En halvlederplade set ovenfra. En strøm på 1 mA løber fra venstre mod højre, så elektronerne — magentafarvede prikker — løber fra højre mod venstre. De blå cirkler med en prik er et felt, der peger mod læseren: jo klarere, jo stærkere. Feltet afbøjer elektronerne mod den øverste kant. Der hober minus sig op, forneden plus. Voltmeteret til højre måler denne forskel — Hall-spændingen.
Et magnetfelt har to størrelser. Fluxtætheden B i tesla er det, en ladning eller en kompasnål mærker. Feltstyrken H i ampere pr. meter er det, strømme skaber. I vakuum hænger de sammen via konstanten μ₀: et felt på 1 T svarer til 795 775 A/m. Inde i jern giver samme feltstyrke en fluxtæthed, der er tusindvis af gange større.
Hvad et felt gør, når det bliver stærkere og stærkere
I midten ses en superledende magnet i snit med et lodret rør. Cirklerne i viklingen er vindinger med strøm: med prik — strøm mod læseren, med kryds — væk fra læseren. De blå stiplede linjer er feltlinjer. Inde i røret går de opad, udenfor vender de tilbage nedad. Jo stærkere feltet er, jo flere og klarere er de. I røret kan man sætte ferrofluid, en kuvette med vand eller en dråbe, og en papirclips på bordet ved siden af. Til højre er der tre instrumenter: en elektronstråle, en proton i vand og et kompas tre meter fra magneten. Til venstre er kontrolpanelet: felt, strøm i viklingen, energi og beholdningen af flydende helium. Knappen „Quench“ slår viklingens superledning fra. Tiden i scenen er sat op: en rigtig magnet lades op over flere timer.
Sæt ferrofluid i røret, og skru op for feltet.
02 · Omregning
| Enhed | Værdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
1 T = 10 000 G. Gamle datablade for magneter angiver gauss: „3000 G“ er 0,3 T.
Geofysikere regner i gamma: 1 γ = 1 nT. En magnetisk storm forskyder jordens felt med hundreder af gamma.
Oersted er en enhed for feltstyrken H, ikke for fluxtæthed. Kun i vakuum svarer 1 Oe til 1 G.
03 · Størrelsesordener
04 · Måleinstrumenter
05 · Skriveregler
06 · Naboenheder
07 · Historisk afsnit
Et stærkt felt måles mest nøjagtigt med frekvens. Protoner i vand vipper rundt om en feltlinje som snurretoppe, og frekvensen er nøje proportional med fluxtætheden. For en vandkugle ved 25 °C kendes koefficienten med ni cifre: 42,576 384 74 MHz pr. tesla. Instrumentet finder svarfrekvensen og dividerer den med dette tal. Sådan bestemmes feltet med en fejl på milliontedele.
Svage felter, op til en millitesla, frembringes med Helmholtz-spoler. Det er to ens ringe, der står en radius fra hinanden. Mellem dem er feltet næsten ensartet, og det beregnes ud fra strømmen, antallet af vindinger og radius. Strømmen måles mod kvantenormaler, målene med en lineal. Sådan får man et referencefelt, som fluxgate-magnetometre og Hall-sensorer kalibreres efter.
Katalog over størrelser
hele registret →SI-systemets syv grundenheder
En dråbe syre ændrer saftens farve, salt farver flammen, vand fryser ved et bank. Under dem alle Simetriums ark, efter fagområde og alfabetisk.
Åbn registret →