Tesla
Satuan turunan SI · besaran: ketumpatan fluks magnet
01 · Takrif
Tesla adalah ketumpatan fluks magnet yang membuat fluks satu weber melewati luas satu meter persegi. Definisi setara lewat gaya: dalam medan satu tesla, penghantar sepanjang satu meter berarus satu ampere merasakan gaya satu newton.
Satuan ini keluar besar menurut ukuran rumah tangga dan kecil menurut ukuran astrofisika. Medan Bumi lima puluh mikrotesla, magnet sekolah memberi sepersepuluhan, cakram neodimium tepat di permukaannya melewati satu; sesudahnya mulailah teknik, tempat orang menghitung dengan satuan dan puluhan. Rentang tempat besaran ini benar-benar digunakan mencakup dua puluh tiga orde: dari femtotesla medan magnet otak yang sedang bekerja hingga ratusan gigatesla di permukaan sebuah magnetar, tempat medan memelintir kulit elektron atom dan vakum berhenti menjadi kosong.
Tiga lilitan yang bergeser seratus dua puluh derajat dan dialiri arus dengan geseran fasa yang sama menciptakan medan yang berputar dalam ruang tanpa satu pun bagian bergerak. Rotor motor aruhan tidak memerlukan komutator maupun sikat: medan mengimbaskan arus di dalamnya dan menyeretnya. Paten tahun 1888 menjadi landasan seluruh teknik elektrik arus bolak-balik industri, dan sampai hari ini kira-kira separuh elektrik dunia dihabiskan oleh motor semacam itu.
02 · Penukaran
Masukkan ketumpatan fluks — helaian ini akan menguraikannya menurut satuan
Gauss bertahan lebih keras kepala daripada satuan CGS mana pun: geofisika, bahan magnet dan fisika plasma memakainya sampai hari ini. Satu tesla tepat sepuluh ribu gauss, koefisiennya eksak, karena itu konversinya selalu sederhana. Gama adalah satuan para geofisikawan, sama dengan nanotesla: dengannya diukur anomali magnet saat mencari bijih.
Tesla mengukur ketumpatan fluks B, ampere per meter mengukur kuat medan H. Dalam vakum keduanya sebanding lewat pemalar magnet; dalam besi keduanya berbeda ribuan kali: baja menguatkan medan, sedangkan perhitungan dijalankan dalam H. Kebergantungan itu tidak linear, ada simpal histeresis, karena itu baris «A/m» dan «oersted» dalam tabel hanya berlaku untuk vakum dan udara.
| Unit | Nama | Nilai | Di mana dijumpai |
|---|---|---|---|
| T | tesla, satuan SI | 1 | unit awal helaian ini |
| mT | militesla | 1000 | besaran rumah tangga: perseratusan tesla |
| µT | mikrotesla | 1000000 | di sinilah magnetisme Bumi hidup |
| nT | nanotesla | 10⁹ | gama yang sama, hanya dalam SI |
| fT | femtotesla | 10¹⁵ | tepi bawah yang terukur |
| Wb/m² | weber per m² | 1 | hal yang sama dengan kata lain: tesla adalah weber per meter persegi |
| A/m | kuat medan H | 795775 | baris ini hanya berlaku untuk vakum dan udara |
| G | gauss, CGS | 10000 | tepat sepuluh ribu dalam satu tesla — koefisiennya eksak |
| kG | kilogauss | 10 | kelipatan yang enak untuk medan laboratorium |
| γ | gama | 10⁹ | seperseratus ribu gauss, sama dengan nanotesla |
| Oe | oersted | 10000 | secara angka sama dengan gauss dalam vakum — dari sanalah kekeliruan |
| T | tesla | 1 | unit awal helaian ini |
Tesla adalah ketumpatan fluks: kalikan dengan luas dan Anda mendapat weber, bagilah dengan pemalar magnet dan Anda mendapat kuat medan dalam ampere per meter
03 · Orde kuantiti
dua puluh tiga orde: dari otak sampai magnetarSatu tesla: celah udara sebuah motor elektrik berdaya besar
04 · Alat pengukur
Dengan apa ketumpatan fluks magnet diukur
Arus dalam keping semikonduktor tipis dibelokkan oleh medan, dan pada sisi-sisinya muncul tegangan yang sebanding dengan ketumpatan fluks. Murah, kecil, bekerja dari nol sampai puluhan tesla — karena itu ia duduk di setiap motor tanpa sikat dan di setiap sensor putaran roda.
Teras didorong ke penjenuhan dengan arus bolak-balik dan ketaksetangkupan tanggapannya diamati: medan luar menggeser simpal, dan pada lilitan sekunder muncul harmonik kedua. Alat utama geofisika dan wahana antariksa, peka sampai pikotesla.
Proton dalam sebuah cuplikan air berpresesi dengan frekuensi yang sebanding ketat dengan medan: 42.58 megahertz per tesla. Pengukurannya menyusut menjadi pengukuran frekuensi, dan frekuensi adalah hal yang paling baik kita ukur — dari sanalah kejituan sepersejuta dan peran sebagai metode acuan.
Sebuah interferometer superkonduktor menghitung kuanta fluks magnet dan membedakan femtotesla — semiliar kali lebih kecil daripada medan Bumi. Ia bekerja hanya dalam kriostat dan di dalam ruang berperisai, tetapi memungkinkan medan magnet otak dicatat.
05 · Tesla dalam kerja
Medan mana ada di mana dan apa bahayanya
Lima puluh mikrotesla adalah medan Bumi; sepuluh kali lipatnya, setengah militesla, adalah garis yang di baliknya orang berpacu jantung tidak diizinkan masuk ruang MRI. Garis itu dicat di lantai.
Kekuatan biasa mesin itu. Dalam medan ini benda baja tidak lagi bisa ditahan dengan tangan: tarikannya tumbuh lebih cepat daripada orang sempat membuka jari.
Diamagnetisme air lemah, tetapi dalam medan seperti itu air terdorong ke luar — sedemikian rupa sehingga setetes air, seekor belalang dan seekor katak menggantung di udara.
Di atas itu tekanan magnet merobek lilitan dari dalam. Lebih jauh hanya tersisa instalasi pulsa, yang hidup beberapa mikrosaat.
Medan sebuah pengimbas menarik benda feromagnetik dengan gaya yang tumbuh seraya ia mendekat, karena itu menahannya mustahil: meter terakhir ditempuh tabung dengan kecepatan mobil. Pada 2001 di New York tabung semacam itu menewaskan seorang anak lelaki berusia enam tahun yang berbaring di dalam alat. Magnetnya tidak bisa dimatikan seketika — lilitan superkonduktor harus dipadamkan dengan menguapkan helium cair, dan pemulihannya makan waktu berhari-hari.
Air bersifat diamagnetik lemah dan dalam medan kuat yang tak seragam terdorong ke luar. Di sebuah laboratorium Belanda pada 1997, dalam medan enam belas tesla, tetes air, seekor belalang dan seekor katak dibuat melayang — katak itu, tampaknya, tidak menderita apa pun. Eksperimen itu membawa Andre Geim hadiah Ig Nobel tahun 2000, dan sepuluh tahun kemudian peneliti yang sama menerima Nobel untuk grafena.
06 · Perperaturan penulisan
T besar — t kecil adalah ton
T besar — t kecil adalah ton, dan namanya dalam teks berjalan ditulis kecil: tesla. Bentuk jamaknya tidak berubah: lima tesla, dan nama itu tidak berhuruf besar meski berasal dari nama keluarga. Sebuah t kecil di sebelahnya adalah ton, besaran yang sama sekali lain.
Lambang besarannya adalah B miring, lambang satuannya T tegak; lambang Rusianya Тл. Gauss tidak termasuk SI: standar dengan tegas melarang menggunakan dua satuan berdampingan dalam satu dokumen. Awalan mikro menuntut mu Yunani: µT, bukan uT. Dalam kedokteran kuat medan sebuah pengimbas biasanya disebut tanpa satuan sama sekali — «satu setengah», «tiga» — tetapi dalam dokumen ditulis lengkap.
07 · Satuan tetangga
Tesla adalah ketumpatan fluks; dikalikan luas ia memberi weber, dan dibagi pemalar magnet memberi kuat medan dalam ampere per meter. Gauss adalah besaran yang sama dalam sistem CGS.
fluks melalui sebuah kontur
ketumpatan fluks magnet
besaran yang sama dalam CGS
Di antara helaian-helaian Simetrium bertetangga dengan tesla weber sebagai fluks yang sehakikat, gauss dan oersted dari sistem CGS, henry s ampere dari perhitungan lilitan dan hertz, yang digunakan untuk menyatakan frekuensi resonansi.
08 · Bagian sejarah
Dengan apa medan diukur sebelum tesla
Nikola Tesla menunjukkan bahwa tiga arus yang bergeser fasa menciptakan medan yang berputar tanpa bagian bergerak. Motor aruhan berjalan tanpa komutator dan sikat, dan mengusir arus searah dari industri.
Edison membela arus searah dan tidak segan menghukum mati binatang di depan umum dengan arus bolak-balik untuk membuktikan bahayanya. Perselisihan itu ditutup oleh pembangkit Niagara tahun 1895: hanya arus bolak-balik yang mampu membawa energi ke kejauhan.
Di laboratorium dua kilometer di atas permukaan laut, Tesla menarik petir buatan sepanjang puluhan meter dan menyalakan lampu tanpa dawai. Transformator resonansi yang menyandang namanya masuk ke dalam teknik dan sama besarnya ke dalam cerita rakyat.
Konferensi Umum kesebelas — yang sama, yang mengesahkan nama «Sistem Satuan Internasional» itu sendiri — memberi ketumpatan fluks nama Tesla. Ketika itu sang penemu sudah tujuh belas tahun meninggal, dan ia mati di sebuah hotel di New York, dalam lilitan utang.
Empat puluh lima setengah tesla adalah batas yang dicapai di Laboratorium Nasional Medan Magnet Kuat: sisipan superkonduktor di dalam magnet resistif. Instalasi pulsa memberi sampai seribu tesla, tetapi sambil jalan menghancurkan lilitannya sendiri dalam beberapa mikrosaat.
Pada bintang neutron dengan medan magnet terkuat, ketumpatan fluks mencapai ratusan gigatesla. Dari jarak seribu kilometer medan seperti itu akan menghapus kartu bank mana pun, dan dari dekat ia menarik kulit elektron atom menjadi cerutu.
Medan yang merobek lilitannya sendiri
Batas atas medan magnet ditentukan bukan oleh teknik elektrik melainkan oleh kekuatan bahan. Tekanan magnet tumbuh sebagai kuadrat ketumpatan fluks: pada satu tesla nilainya empat atmosfer, pada sepuluh empat ratus, pada lima puluh sudah sepuluh ribu, yang melampaui kekuatan tembaga. Karena itu magnet permanen yang lebih kuat dari empat puluh lima tesla tidak mungkin ada: lilitannya akan robek dari dalam. Instalasi pulsa mengelak larangan itu dengan waktu — medan seribu tesla hidup beberapa mikrosaat, terlalu singkat bagi kerusakan untuk tumbuh, dan gegelung tetap harus diganti setiap kali ditembakkan. Adapun tesla sendiri diukur paling jitu lewat frekuensi: sebuah proton berpresesi dalam medan dengan 42.577 megahertz per tesla, dan standar nasional ketumpatan fluks pada dasarnya adalah pencacah frekuensi dengan sebuah ampul air. Nisbah giromagnetik proton sendiri diketahui sampai sebelas angka, sehingga ketidakpastian pengukuran medan ditentukan bukan oleh fisika melainkan oleh keseragaman magnetnya.
Katalog · satuan ukuran
Satu helaian untuk tiap kuantiti
Tujuh satuan dasar SI, dua puluh dua satuan turunan bernama sendiri, dan satuan di luar sistem yang tidak dapat ditinggalkan baik oleh teknik maupun kehidupan seharian. Masing-masing punya helaiannya: takrif, penukaran, alat, peraturan penulisan. Dalam 36 bahasa.
Satuan turunan SI bernama sendiri
helaian tesla terbukaSatuan dasar SI
dengan warna terakota — tiga satuan yang menyusun teslaKetumpatan fluks magnet dalam sistem lain
Bahasa helaian
36 bahasa. Lambang T bersifat internasional, tetapi kebiasaan mengukur dalam gauss bertahan tidak merata: dalam pustaka berbahasa Rusia, Jepang dan Tionghoa tentang bahan magnet, satuan CGS masih dijumpai sampai hari ini.