Tesla
En 1997, en el laboratorio de campos intensos de Nimega, una rana viva se elevó en el aire. Nadie la sostenía. Flotaba dentro del tubo vertical de un imán de 16 T. El agua del cuerpo de la rana es repelida débilmente por el campo, y con tanta intensidad la repulsión superó a su peso. A la rana no le hizo ningún daño, y Andre Geim y Michael Berry recibieron por el experimento el premio Ig Nobel.
El tesla es la unidad de inducción magnética. Indica con qué densidad pasa el flujo magnético: un tesla es un weber a través de un metro cuadrado. El campo terrestre es de unos 50 µT. Un imán de frigorífico, unos pocos militeslas. Un equipo de resonancia magnética de hospital, 1,5 o 3 T.
| Notación | T |
| Definición | weber por metro cuadrado · Wb/m² · V·s/m² · kg·s⁻²·A⁻¹ |
| Valores de referencia | un protón en agua precesa a 42,576 384 MHz por tesla · 1 T = 10⁴ G |
| Introducida | en el SI desde 1960, XI Conferencia General · en honor de Nikola Tesla |
| Normas | ISO 80000-6 · IEC 60050-121 · IEC 60601-2-33 · SI Brochure 9th ed. |
| Valores típicos | 50 µT — campo terrestre · 3 T — equipo de RM · 16 T — una rana levita |
01 · Definición
Un weber en cada metro cuadrado
La inducción magnética B indica con qué fuerza empuja un campo a una carga en movimiento. La fuerza de Lorentz es igual a la carga multiplicada por la velocidad y por la inducción. Supongamos que una carga de un culombio atraviesa un campo de 1 T a 1 m/s. Entonces actúa sobre ella una fuerza de 1 N. Así se expresa el tesla mediante la mecánica.
El mismo tesla es densidad de flujo magnético: un weber a través de un metro cuadrado. Por eso el campo se mide de dos maneras. Se puede ver cuánto desvía los electrones en un semiconductor: así funciona un sensor Hall. Se puede medir con qué frecuencia se bambolean en él los protones: así funciona la RMN.
Cómo nota un sensor el campo
Una placa de semiconductor vista desde arriba. Una corriente de 1 mA va de izquierda a derecha, así que los electrones —puntos magenta— corren de derecha a izquierda. Los círculos azules con un punto son un campo dirigido hacia el lector: cuanto más brillantes, más intenso. El campo desvía los electrones hacia el borde superior. Allí se acumula el negativo, abajo el positivo. El voltímetro de la derecha mide esa diferencia: la tensión Hall.
Un campo magnético tiene dos magnitudes. La inducción B, en teslas, es lo que siente una carga o la aguja de una brújula. La intensidad H, en amperios por metro, es lo que crean las corrientes. En el vacío las une la constante μ₀: a un campo de 1 T le corresponden 795 775 A/m. Dentro del hierro, la misma intensidad da una inducción miles de veces mayor.
Qué hace un campo cuando se vuelve cada vez más intenso
En el centro hay un imán superconductor en corte, con un tubo vertical. Los círculos del devanado son espiras con corriente: con punto, la corriente va hacia el lector; con cruz, se aleja de él. Las líneas discontinuas azules son líneas de campo. Dentro del tubo suben y por fuera vuelven hacia abajo. Cuanto más intenso es el campo, más numerosas y brillantes son. En el tubo se puede colocar ferrofluido, una cubeta con agua o una gota, y un clip sobre la mesa de al lado. A la derecha hay tres instrumentos: un haz de electrones, un protón en agua y una brújula a tres metros del imán. A la izquierda está el panel de control: campo, corriente del devanado, energía y reserva de helio líquido. El botón «Quench» anula la superconductividad del devanado. El tiempo de la escena está acelerado: un imán real se carga durante horas.
Coloque ferrofluido en el tubo y suba el campo.
02 · Conversión
| Unidad | Valor | Dónde se encuentra |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
1 T = 10 000 G. Las fichas técnicas antiguas de los imanes dan gauss: «3000 G» son 0,3 T.
Los geofísicos cuentan en gammas: 1 γ = 1 nT. Una tormenta magnética desplaza el campo terrestre cientos de gammas.
El oersted es una unidad de intensidad de campo H, no de inducción. Solo en el vacío 1 Oe corresponde a 1 G.
03 · Órdenes de magnitud
04 · Instrumentos de medida
05 · Reglas de escritura
06 · Unidades vecinas
07 · Sección histórica
Un campo intenso se mide con más precisión por la frecuencia. Los protones del agua se bambolean alrededor de una línea de campo como peonzas, y la frecuencia de ese bamboleo es estrictamente proporcional a la inducción. Para una esfera de agua a 25 °C el coeficiente se conoce hasta la novena cifra: 42,576 384 74 MHz por tesla. El instrumento halla la frecuencia de respuesta y la divide entre este número. Así se conoce el campo con un error de millonésimas.
Los campos débiles, de hasta un militesla, se generan con bobinas de Helmholtz. Son dos anillos iguales separados por una distancia igual al radio. Entre ellos el campo es casi uniforme y se calcula a partir de la corriente, el número de espiras y el radio. La corriente se mide con patrones cuánticos y las dimensiones, con una regla. Así se obtiene un campo de referencia con el que se calibran magnetómetros fluxgate y sensores Hall.
Catálogo de magnitudes
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Una gota de ácido cambia el color del jugo, la sal tiñe la llama, el agua se congela con un golpe. Debajo, todas las fichas de Simetrium, por disciplina y por orden alfabético.
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