Tesla
Unidad derivada del SI · magnitud: inducción magnética
01 · Definición
El tesla es la inducción magnética con la que un flujo de un weber atraviesa un área de un metro cuadrado. Definición equivalente por la fuerza: en un campo de un tesla, un conductor de un metro con un amperio de corriente experimenta una fuerza de un newton.
La unidad salió grande para lo doméstico y pequeña para lo astrofísico. El campo de la Tierra es de cincuenta microtesla, un imán escolar da décimas, un disco de neodimio a ras de su superficie pasa de uno; más allá empieza la técnica, donde se cuenta por unidades y decenas. El intervalo en que la magnitud se emplea abarca veintitrés órdenes: desde el femtotesla del campo magnético de un cerebro en actividad hasta cientos de gigatesla en la superficie de un magnetar, donde el campo deforma las capas electrónicas de los átomos y el vacío deja de estar vacío.
Tres devanados desplazados ciento veinte grados y alimentados por corrientes con el mismo desfase crean un campo que gira en el espacio sin una sola pieza móvil. El rotor de un motor asíncrono no necesita ni colector ni escobillas: el campo induce en él corrientes y lo arrastra. La patente de 1888 se convirtió en el fundamento de toda la electrotecnia industrial de corriente alterna, y hasta hoy cerca de la mitad de toda la electricidad del mundo la consumen motores de esa clase.
02 · Conversión
Introduzca una inducción — la ficha la desglosará por unidades
El gauss aguanta con más firmeza que cualquier otra unidad CGS: la geofísica, los materiales magnéticos y la física de plasmas lo usan todavía. Un tesla son exactamente diez mil gauss, el coeficiente es exacto, así que la conversión siempre es sencilla. El gamma es la unidad de los geofísicos, igual al nanotesla: en él se miden las anomalías magnéticas al buscar mineral.
El tesla mide la inducción B, el amperio por metro la intensidad H. En el vacío son proporcionales por la constante magnética; en el hierro difieren en miles de veces: el acero refuerza el campo, mientras que el cálculo se lleva en H. Esa dependencia no es lineal, tiene ciclo de histéresis, por eso las filas «A/m» y «oersted» de la tabla solo valen para el vacío y el aire.
| Unidad | Nombre | Valor | Dónde se encuentra |
|---|---|---|---|
| T | tesla, unidad del SI | 1 | la unidad de partida de esta ficha |
| mT | militesla | 1000 | una magnitud doméstica: centésimas de tesla |
| µT | microtesla | 1000000 | aquí vive el magnetismo terrestre |
| nT | nanotesla | 10⁹ | el mismo gamma, solo que en SI |
| fT | femtotesla | 10¹⁵ | el borde inferior de lo medible |
| Wb/m² | weber por m² | 1 | lo mismo dicho de otro modo: el tesla es el weber por metro cuadrado |
| A/m | intensidad H | 795775 | la fila solo vale para el vacío y el aire |
| G | gauss, CGS | 10000 | exactamente diez mil en un tesla — el coeficiente es exacto |
| kG | kilogauss | 10 | un múltiplo cómodo para los campos de laboratorio |
| γ | gamma | 10⁹ | una cienmilésima de gauss, lo mismo que el nanotesla |
| Oe | oersted | 10000 | numéricamente igual al gauss en el vacío — de ahí la confusión |
| T | tesla | 1 | la unidad de partida de esta ficha |
El tesla es densidad de flujo: multiplíquelo por el área y obtendrá el weber, divídalo por la constante magnética y obtendrá la intensidad en amperios por metro
03 · Órdenes de magnitud
veintitrés órdenes: del cerebro al magnetarUn tesla: el entrehierro de un motor eléctrico potente
04 · Instrumentos de medida
Con qué se mide la inducción magnética
Una corriente en una placa semiconductora delgada es desviada por el campo, y en sus caras laterales aparece una tensión proporcional a la inducción. Barato, pequeño, trabaja desde cero hasta decenas de tesla — por eso está en cada motor sin escobillas y en cada sensor de velocidad de rueda.
El núcleo se lleva a la saturación con corriente alterna y se vigila la asimetría de la respuesta: un campo exterior desplaza el ciclo, y en el devanado secundario aparece un segundo armónico. El instrumento principal de la geofísica y de las naves espaciales, sensible hasta el picotesla.
Los protones de una muestra de agua precesan a una frecuencia estrictamente proporcional al campo: 42,58 megahercios por tesla. La medida se reduce a medir una frecuencia, y la frecuencia es lo que mejor sabemos medir — de ahí una exactitud de partes por millón y el papel de método de referencia.
Un interferómetro superconductor cuenta cuantos de flujo magnético y distingue el femtotesla — mil millones de veces menos que el campo de la Tierra. Solo funciona en un criostato y dentro de una sala apantallada, pero permite registrar el campo magnético del cerebro.
05 · El tesla en acción
Qué campo hay en cada sitio y en qué es peligroso
Cincuenta microtesla es el campo de la Tierra; diez veces eso, medio militesla, es la línea más allá de la cual no se deja entrar en la sala de resonancia a quien lleva marcapasos. Se pinta en el suelo.
La fuerza corriente del aparato. En este campo un objeto de acero ya no se sujeta con la mano: la atracción crece más deprisa de lo que uno alcanza a abrir los dedos.
El diamagnetismo del agua es débil, pero en un campo así el agua es empujada hacia fuera — tanto que una gota, un saltamontes y una rana quedan colgados en el aire.
Por encima, la presión magnética rompe el devanado desde dentro. Más allá solo quedan las instalaciones de impulso, que viven microsegundos.
El campo de un equipo de resonancia atrae un objeto ferromagnético con una fuerza que crece según se acerca, por eso es imposible sujetarlo: el último metro la botella lo recorre a la velocidad de un coche. En 2001, en Nueva York, una botella así mató a un niño de seis años que estaba tumbado en el aparato. El imán no puede apagarse al instante — hay que apagar el devanado superconductor evaporando el helio líquido, y la recuperación lleva días.
El agua es débilmente diamagnética y en un campo intenso y no uniforme es empujada hacia fuera. En un laboratorio neerlandés, en 1997, se hizo levitar en un campo de dieciséis tesla gotas de agua, un saltamontes y una rana — la cual, por lo visto, no sufrió daño alguno. El experimento le valió a Andre Geim el premio Ig Nobel del 2000, y diez años después el mismo investigador recibió el Nobel por el grafeno.
06 · Reglas de escritura
T mayúscula — la t minúscula es la tonelada
T mayúscula — la t minúscula es la tonelada, y el nombre en el texto corriente va en minúscula: tesla. El plural es teslas, y el nombre no lleva mayúscula aunque venga de un apellido. Una t minúscula al lado es la tonelada, una magnitud del todo distinta.
El símbolo de la magnitud es una B cursiva, el de la unidad una T recta; el símbolo ruso es Тл. El gauss no pertenece al SI: las normas prohíben expresamente usar dos unidades juntas en un mismo documento. El prefijo micro exige una mu griega: µT, no uT. En medicina la fuerza del campo de un equipo se indica de ordinario sin unidad alguna — «uno y medio», «tres» —, pero en la documentación se escribe entera.
07 · Unidades vecinas
El tesla es densidad de flujo; multiplicado por el área da el weber, y dividido por la constante magnética la intensidad en amperios por metro. El gauss es la misma magnitud en el sistema CGS.
De las fichas de Simetrium lindan con el tesla weber como flujo de la misma naturaleza, gauss y oersted del sistema CGS, henrio s el amperio del cálculo de devanados y hercio, en el que se expresa la frecuencia de resonancia.
08 · Sección histórica
En qué se medía el campo antes del tesla
Nikola Tesla mostró que tres corrientes desfasadas crean un campo que gira sin piezas móviles. El motor asíncrono se las arregló sin colector ni escobillas y expulsó la corriente continua de la industria.
Edison defendía la corriente continua y no se arredraba ante electrocutar animales en público con corriente alterna para probar su peligro. La disputa la cerró la central del Niágara de 1895: solo la corriente alterna sabía llevar la energía a distancia.
En un laboratorio a dos kilómetros de altitud, Tesla sacaba rayos artificiales de decenas de metros y encendía lámparas sin cable. El transformador resonante que lleva su nombre pasó a la técnica y también al folclore.
La undécima Conferencia General, la misma que aprobó el nombre «Sistema Internacional de Unidades», dio a la inducción el nombre de Tesla. Para entonces el inventor llevaba diecisiete años muerto, y murió en un hotel de Nueva York, cargado de deudas.
Cuarenta y cinco tesla y medio es el límite alcanzado en el Laboratorio Nacional de Campos Magnéticos Intensos: un inserto superconductor dentro de un imán resistivo. Las instalaciones de impulso dan hasta mil tesla, pero destruyen de paso su propio devanado en microsegundos.
En las estrellas de neutrones con el campo magnético más intenso la inducción alcanza cientos de gigatesla. A mil kilómetros, un campo así borraría cualquier tarjeta bancaria, y de cerca estira las capas electrónicas de los átomos como puros.
El campo que rompe su propio devanado
El límite superior del campo magnético no lo pone la electrotecnia sino la resistencia de los materiales. La presión magnética crece como el cuadrado de la inducción: a un tesla vale cuatro atmósferas, a diez cuatrocientas, a cincuenta ya diez mil, lo que supera la resistencia del cobre. Por eso no pueden existir imanes permanentes de más de cuarenta y cinco tesla: el devanado se rompería desde dentro. Las instalaciones de impulso esquivan la prohibición con el tiempo — un campo de mil tesla vive microsegundos, demasiado breves para que la destrucción se desarrolle, y aun así hay que cambiar la bobina tras cada disparo. En cuanto a la medida, el tesla se mide con la mayor exactitud a través de la frecuencia: un protón precesa en el campo a 42,577 megahercios por tesla, y los patrones nacionales de inducción son, en el fondo, frecuencímetros con una ampolla de agua. La razón giromagnética del protón se conoce con once cifras, de modo que la incertidumbre de una medida de campo no la fija la física sino la homogeneidad del imán.
Catálogo · unidades de medida
Una ficha para cada magnitud
Siete unidades básicas del SI, veintidós derivadas con nombre propio y las unidades ajenas al sistema sin las que no se apañan ni la técnica ni la vida diaria. Cada una, una hoja aparte: definición, conversión, instrumentos, reglas de escritura. En 5 idiomas.
Unidades derivadas del SI con nombre propio
ficha del tesla abiertaUnidades básicas del SI
en terracota — las tres unidades de las que se compone el teslaLa inducción magnética en otros sistemas
Idioma de la ficha
5 idiomas. El símbolo T es internacional, pero la costumbre de medir en gauss difiere: en la literatura rusa, japonesa y china sobre materiales magnéticos las unidades CGS se emplean hasta hoy.