Tesla
Származtatott SI-egység · mennyiség: mágneses indukció
01 · Meghatározás
A tesla az a mágneses indukció, amelynél egy weber fluxus egy négyzetméternyi felületen megy át. Egyenértékű meghatározás az erő útján: egy tesla térben egy méter hosszú, egy amperes vezetőre egy newton erő hat.
Az egység házi mértékkel nagyra, asztrofizikaival kicsire sikerült. A Föld tere ötven mikrotesla, egy iskolai mágnes tizedeket ad, egy neodímium korong a felszínén meghaladja az egyet; azon túl kezdődik a technika, ahol egyesekben és tízesekben számolnak. Az a tartomány, amelyben a mennyiséget egyáltalán használják, huszonhárom nagyságrendet fog át: a dolgozó agy mágneses terének femtoteslájától a magnetár felszínének több száz gigateslájáig, ahol a tér eltorzítja az atomok elektronhéjait, és a vákuum megszűnik üres lenni.
Három, egymáshoz képest százhúsz fokkal eltolt tekercs, amelyeket ugyanolyan fáziseltolású áramok táplálnak, olyan teret hoz létre, amely egyetlen mozgó alkatrész nélkül forog a térben. Az aszinkronmotor forgórészének sem kommutátorra, sem kefékre nincs szüksége: a tér áramokat indukál benne, és magával vonszolja. Az 1888-as szabadalom az egész ipari váltakozó áramú elektrotechnika alapja lett, és a világ összes villamos energiájának mintegy felét mind a mai napig éppen ilyen motorok fogyasztják.
02 · Átszámítás
Adjon meg egy indukciót — az adatlap szétbontja egységekre
A gauss makacsabbul tartja magát minden más CGS-egységnél: a geofizika, a mágneses anyagok és a plazmafizika máig használják. Egy tesla pontosan tízezer gauss, az együttható pontos, ezért az átváltás mindig egyszerű. A gamma a geofizikusok egysége, egyenlő a nanoteslával: ebben mérik a mágneses anomáliákat érckutatáskor.
A tesla az indukciót méri, B-t, az amper per méter a térerősséget, H-t. Vákuumban a mágneses állandón keresztül arányosak; vasban ezerszeresen különböznek: az acél erősíti a teret, a számítás viszont H-ban folyik. Ez az összefüggés nem lineáris, hiszterézishurokkal jár, ezért a táblázat «A/m» és «oersted» sorai csak vákuumra és levegőre érvényesek.
| Egység | Név | Érték | Hol fordul elő |
|---|---|---|---|
| T | tesla, SI-egység | 1 | ennek az adatlapnak a kiindulási egysége |
| mT | millitesla | 1000 | házias mennyiség: a tesla századai |
| µT | mikrotesla | 1000000 | itt él a földmágnesesség |
| nT | nanotesla | 10⁹ | ugyanaz a gamma, csak SI-ben |
| fT | femtotesla | 10¹⁵ | a mérhető alsó széle |
| Wb/m² | weber négyzetméterenként | 1 | ugyanaz más szóval: a tesla a weber négyzetméterenként |
| A/m | térerősség H | 795775 | a sor csak vákuumra és levegőre érvényes |
| G | gauss, CGS | 10000 | pontosan tízezer egy teslában — az együttható pontos |
| kG | kilogauss | 10 | kényelmes többszörös laboratóriumi terekhez |
| γ | gamma | 10⁹ | a gauss százezred része, ugyanannyi, mint a nanotesla |
| Oe | oersted | 10000 | számszerűen egyenlő a gaussszal vákuumban — innen a zavar |
| T | tesla | 1 | ennek az adatlapnak a kiindulási egysége |
A tesla fluxussűrűség: szorozza meg a felülettel, és megkapja a webert, ossza el a mágneses állandóval, és megkapja a térerősséget amperben méterenként
03 · Nagyságrendek
huszonhárom nagyságrend: az agytól a magnetárigEgy tesla: egy erős villanymotor légrése
04 · Mérőeszközök
Mivel mérik a mágneses indukciót
Egy vékony félvezető lapkában folyó áramot a tér eltéríti, és az oldallapjain az indukcióval arányos feszültség jelenik meg. Olcsó, kicsi, nullától több tíz tesláig dolgozik — ezért ül minden kefe nélküli motorban és minden kerékfordulat-érzékelőben.
A magot váltakozó árammal telítésbe viszik, és a válasz aszimmetriáját figyelik: külső tér eltolja a hurkot, a szekunder tekercsben pedig második felharmonikus jelenik meg. A geofizika és az űreszközök fő műszere, pikoteslaig érzékeny.
Egy vízminta protonjai a térrel szigorúan arányos frekvenciával precesszálnak: teslánként 42,58 megahertz. A mérés egy frekvencia mérésére egyszerűsödik, a frekvenciát pedig mérjük a legjobban — innen a milliomodrész pontosság és a vonatkoztatási módszer szerepe.
Egy szupravezető interferométer mágneses fluxuskvantumokat számol, és femtoteslát különböztet meg — milliárdszor kevesebbet a Föld terénél. Csak kriosztátban és árnyékolt szobában működik, cserébe rögzíthetővé teszi az agy mágneses terét.
05 · A tesla munkában
Melyik tér hol van, és mi benne a veszély
Ötven mikrotesla a Föld tere; ennek tízszerese, fél millitesla az a vonal, amelyen túl az MR-terembe nem engedik be a szívritmus-szabályozót viselőket. A padlóra festik.
A gép szokásos ereje. Ebben a térben egy acéltárgyat már nem lehet kézzel megtartani: a vonzás gyorsabban nő, mint ahogy az ember szét tudja nyitni az ujjait.
A víz diamágnessége gyenge, de ilyen térben kifelé szorul — annyira, hogy egy csepp, egy szöcske és egy béka a levegőben lóg.
Efölött a mágneses nyomás belülről szakítja szét a tekercset. Távolabb már csak az impulzusos berendezések maradnak, amelyek mikromásodpercekig élnek.
Egy készülék tere olyan erővel húzza be a ferromágneses tárgyat, amely a közeledéssel nő, ezért megtartani lehetetlen: az utolsó métert a palack autó sebességével teszi meg. 2001-ben New Yorkban egy ilyen palack megölt egy hatéves kisfiút, aki a készülékben feküdt. A mágnest nem lehet azonnal kikapcsolni — a szupravezető tekercset a folyékony hélium elpárologtatásával kell kioltani, és a helyreállítás napokba telik.
A víz gyengén diamágneses, és erős, egyenetlen térben kifelé szorul. Egy holland laboratóriumban 1997-ben tizenhat teslás térben vízcseppeket, egy szöcskét és egy békát lebegtettek — az utóbbi, minden jel szerint, semmi kárt nem szenvedett. A kísérlet Andre Geimnek a 2000. évi Ig Nobel-díjat hozta, tíz évvel később pedig ugyanaz a kutató kapta a Nobelt a grafénért.
06 · Írásszabályok
T nagy — a kis t a tonna
T nagy — a kis t a tonna, a név pedig folyó szövegben kicsivel megy: tesla. A többes szám változatlan: öt tesla, és a név nem kap nagy kezdőbetűt, jóllehet családnévből ered. A mellette álló kis t a tonna, egészen más mennyiség.
A mennyiség jele dőlt B, az egységé álló T; az orosz jel Тл. A gauss nem tartozik az SI-hez: a szabványok kifejezetten tiltják két egység egymás melletti használatát ugyanabban a dokumentumban. A mikro- előtag görög müt kíván: µT, nem uT. Az orvoslásban egy készülék térerősségét rendszerint egység nélkül adják meg — «másfeles», «hármas» —, a dokumentációban azonban teljes egészében kiírják.
07 · Szomszédos egységek
A tesla fluxussűrűség; a felülettel szorozva a webert adja, a mágneses állandóval osztva a térerősséget amperben méterenként. A gauss ugyanaz a mennyiség a CGS-rendszerben.
A Simetrium adatlapjai közül a teslához csatlakozik weber ugyanolyan természetű fluxusként, gauss és oersted a CGS-rendszerből, henry s az amper a tekercsek számításából és hertz, amelyben a rezonanciafrekvenciát kifejezik.
08 · Történeti rész
Miben mérték a teret a tesla előtt
Nikola Tesla megmutatta, hogy három fáziseltolt áram olyan teret hoz létre, amely mozgó alkatrészek nélkül forog. Az aszinkronmotor megvolt kommutátor és kefék nélkül, és kiszorította az egyenáramot az iparból.
Edison az egyenáramot védte, és nem riadt vissza attól, hogy nyilvánosan váltakozó árammal végezzen ki állatokat, bizonyítandó annak veszélyét. A vitát az 1895-ös Niagara-erőmű zárta le: energiát távolra csak a váltakozó áram tudott vinni.
Egy két kilométer magasan fekvő laboratóriumban Tesla több tíz méter hosszú mesterséges villámokat húzott, és vezeték nélkül gyújtott lámpákat. A nevét viselő rezonancia-transzformátor átment a technikába és éppúgy a néphagyományba is.
A tizenegyedik Általános Konferencia, ugyanaz, amely magát a «Nemzetközi Mértékegységrendszer» nevet jóváhagyta, adta az indukciónak Tesla nevét. A feltaláló akkor már tizenhét éve halott volt, és egy New York-i szállodában halt meg, adósságban.
Negyvenöt és fél tesla az a határ, amelyet az Erős Mágneses Terek Nemzeti Laboratóriumában értek el: szupravezető betét egy rezisztív mágnesen belül. Az impulzusos berendezések ezer tesláig adnak, de közben mikromásodpercek alatt tönkreteszik a saját tekercsüket.
A legerősebb mágneses terű neutroncsillagoknál az indukció több száz gigateslát ér el. Ezer kilométer távolságból egy ilyen tér bármely bankkártyát letörölné, közelről pedig szivarrá nyújtja az atomok elektronhéjait.
A tér, amely szétszakítja a saját tekercsét
A mágneses tér felső határát nem az elektrotechnika szabja meg, hanem az anyagok szilárdsága. A mágneses nyomás az indukció négyzetével nő: egy teslánál négy atmoszféra, tíznél négyszáz, ötvennél már tízezer, ami meghaladja a réz szilárdságát. Ezért negyvenöt teslánál erősebb állandó mágnesek nem létezhetnek: a tekercset belülről szakítaná szét. Az impulzusos berendezések idővel kerülik meg a tilalmat — egy ezer teslás tér mikromásodpercekig él, túl rövid ideig ahhoz, hogy a pusztulás kifejlődjék, a tekercset pedig minden lövés után úgyis cserélni kell. Magát a teslát a frekvencián keresztül mérik a legpontosabban: egy proton a térben teslánként 42,577 megahertzcel precesszál, és az indukció nemzeti etalonjai lényegében frekvenciamérők egy ampulla vízzel. Magát a proton giromágneses hányadosát tizenegy jegyre ismerjük, így egy térmérés bizonytalanságát nem a fizika szabja meg, hanem a mágnes egyenletessége.
Katalógus · mértékegységek
Minden mennyiségnek egy adatlap
Az SI hét alapegysége, huszonkét saját nevű származtatott egység és a rendszeren kívüli egységek, amelyek nélkül sem a technika, sem a hétköznapok nem boldogulnak. Mindegyiknek külön lapja van: meghatározás, átszámítás, eszközök, írásszabályok. 18 nyelven.
Saját nevű SI-származtatott egységek
a tesla adatlapja nyitvaAz SI alapegységei
terrakottával — az a három egység, amelyből a tesla összeállA mágneses indukció más rendszerekben
Az adatlap nyelve
18 nyelv. A T jel nemzetközi, a gaussban való mérés szokása azonban egyenetlenül tartja magát: az orosz, a japán és a kínai szakirodalomban a mágneses anyagokról a CGS-egységek máig előfordulnak.