Tesla
I 1997 løftet en levende frosk seg opp i luften i et laboratorium for sterke felt i Nijmegen. Ingen holdt den. Den svevde inne i det loddrette røret i en magnet på 16 T. Vannet i froskens kropp frastøtes svakt av feltet, og ved en slik styrke ble frastøtningen større enn vekten. Frosken tok ingen skade, og Andre Geim og Michael Berry fikk Ig Nobel-prisen for forsøket.
Tesla er enheten for magnetisk flukstetthet. Den viser hvor tett den magnetiske fluksen går: én tesla er én weber gjennom en kvadratmeter. Jordens felt er omtrent 50 µT. En kjøleskapsmagnet er noen få millitesla. En MR-maskin på sykehus er 1,5 eller 3 T.
| Betegnelse | T |
| Definisjon | weber per kvadratmeter · Wb/m² · V·s/m² · kg·s⁻²·A⁻¹ |
| Referanseverdier | et proton i vann presesserer med 42,576 384 MHz per tesla · 1 T = 10⁴ G |
| Innført | i SI siden 1960, XI. generalkonferanse · oppkalt etter Nikola Tesla |
| Standarder | ISO 80000-6 · IEC 60050-121 · IEC 60601-2-33 · SI Brochure 9th ed. |
| Typiske verdier | 50 µT — jordens felt · 3 T — MR-maskin · 16 T — en frosk svever |
01 · Definisjon
Én weber på hver kvadratmeter
Den magnetiske flukstettheten B viser hvor kraftig et felt dytter på en ladning i bevegelse. Lorentzkraften er ladningen ganger hastigheten ganger flukstettheten. La en ladning på én coulomb fly på tvers av et felt på 1 T med 1 m/s. Da virker det en kraft på 1 N på den. Slik uttrykkes tesla gjennom mekanikk.
Den samme teslaen er magnetisk flukstetthet: én weber gjennom en kvadratmeter. Derfor måles et felt på to måter. Man kan se hvor mye det bøyer av elektroner i en halvleder — slik virker en Hall-sensor. Man kan måle med hvilken frekvens protoner vingler i det — slik virker NMR.
Hvordan en sensor merker et felt
En halvlederplate sett ovenfra. En strøm på 1 mA går fra venstre mot høyre, så elektronene — magenta prikker — løper fra høyre mot venstre. De blå sirklene med en prikk er et felt som peker mot leseren: jo klarere, jo sterkere. Feltet bøyer elektronene av mot den øvre kanten. Der hoper minus seg opp, nederst pluss. Voltmeteret til høyre måler denne forskjellen — Hall-spenningen.
Et magnetfelt har to størrelser. Flukstettheten B i tesla er det en ladning eller en kompassnål kjenner. Feltstyrken H i ampere per meter er det strømmer skaper. I vakuum henger de sammen gjennom konstanten μ₀: et felt på 1 T svarer til 795 775 A/m. Inne i jern gir samme feltstyrke en flukstetthet som er tusenvis av ganger større.
Hva et felt gjør når det blir sterkere og sterkere
I midten er en superledende magnet i snitt, med et loddrett rør. Sirklene i viklingen er vindinger med strøm: med prikk — strøm mot leseren, med kryss — bort fra leseren. De blå stiplede linjene er feltlinjer. Inne i røret går de oppover, utenfor går de tilbake nedover. Jo sterkere feltet er, jo flere og klarere er de. I røret kan du sette ferrovæske, en kyvette med vann eller en dråpe, og en binders på bordet ved siden av. Til høyre er det tre instrumenter: en elektronstråle, et proton i vann og et kompass tre meter fra magneten. Til venstre er kontrollpanelet: felt, strøm i viklingen, energi og beholdningen av flytende helium. Knappen «Quench» slår av superledningen i viklingen. Tiden i scenen går fortere: en ekte magnet lades opp over flere timer.
Sett ferrovæske i røret og skru opp feltet.
02 · Omregning
| Enhet | Verdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
1 T = 10 000 G. Gamle datablader for magneter oppgir gauss: «3000 G» er 0,3 T.
Geofysikere regner i gamma: 1 γ = 1 nT. En magnetisk storm forskyver jordens felt med hundrevis av gamma.
Oersted er en enhet for feltstyrken H, ikke for flukstetthet. Bare i vakuum svarer 1 Oe til 1 G.
03 · Størrelsesordener
04 · Måleinstrumenter
05 · Skriveregler
06 · Naboenheter
07 · Historisk del
Et sterkt felt måles mest nøyaktig med frekvens. Protoner i vann vingler rundt en feltlinje som snurrebasser, og frekvensen er strengt proporsjonal med flukstettheten. For en vannkule ved 25 °C er koeffisienten kjent med ni sifre: 42,576 384 74 MHz per tesla. Instrumentet finner svarfrekvensen og deler den på dette tallet. Slik bestemmes feltet med en feil på milliondeler.
Svake felt, opp til en millitesla, lages med Helmholtz-spoler. Det er to like ringer plassert én radius fra hverandre. Mellom dem er feltet nesten jevnt, og det regnes ut fra strømmen, antall vindinger og radien. Strømmen måles mot kvantenormaler, målene med linjal. Slik får man et referansefelt som fluxgate-magnetometre og Hall-sensorer kalibreres mot.
Katalog over størrelser
hele registeret →De sju SI-grunnenhetene
En dråpe syre endrer saftens farge, salt farger flammen, vann fryser av et bank. Under dem alle Simetriums ark, etter fagområde og alfabetisk.
Åpne registeret →