Tesla
Avledet SI-enhet · størrelse: magnetisk flukstetthet
01 · Definisjon
Teslaen er den magnetiske flukstettheten der en fluks på én weber går gjennom et areal på én kvadratmeter. Tilsvarende definisjon gjennom kraften: i et felt på én tesla kjenner en leder på én meter med én ampere en kraft på én newton.
Enheten ble stor etter hjemlige mål og liten etter astrofysiske. Jordas felt er femti mikrotesla, en skolemagnet gir tideler, en neodymskive helt ved overflaten passerer én; deretter begynner teknikken, der man teller i enere og tiere. Området der størrelsen i det hele tatt brukes spenner over tjuetre størrelsesordener: fra femtoteslaen for magnetfeltet i en arbeidende hjerne til hundrevis av gigatesla ved overflaten av en magnetar, der feltet forvrenger atomenes elektronskall og vakuumet slutter å være tomt.
Tre viklinger forskjøvet hundre og tjue grader og matet av strømmer med samme faseforskyvning skaper et felt som roterer i rommet uten en eneste bevegelig del. Rotoren i en asynkronmotor trenger verken kommutator eller børster: feltet induserer strømmer i den og drar den med seg. Patentet fra 1888 ble grunnlaget for hele den industrielle vekselstrømsteknikken, og den dag i dag forbrukes omtrent halvparten av all elektrisitet i verden av nettopp slike motorer.
02 · Omregning
Skriv inn en flukstetthet — databladet deler den opp etter enheter
Gaussen holder seg mer standhaftig enn noen annen CGS-enhet: geofysikken, de magnetiske materialene og plasmafysikken bruker den den dag i dag. Én tesla er nøyaktig ti tusen gauss, faktoren er eksakt, derfor er omregningen alltid enkel. Gammaen er geofysikernes enhet, lik nanoteslaen: i den måles magnetiske anomalier ved leting etter malm.
Teslaen måler flukstettheten B, amperen per meter feltstyrken H. I vakuum er de proporsjonale gjennom den magnetiske konstanten; i jern skiller de seg tusenfold: stålet forsterker feltet, mens regningen føres i H. Den sammenhengen er ikke lineær, den har en hystereseløkke, derfor gjelder radene «A/m» og «oersted» i tabellen bare for vakuum og luft.
| Enhet | Navn | Verdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|---|
| T | tesla, SI-enhet | 1 | utgangsenheten for dette bladet |
| mT | millitesla | 1000 | en hjemlig størrelse: hundredeler av en tesla |
| µT | mikrotesla | 1000000 | her lever jordmagnetismen |
| nT | nanotesla | 10⁹ | samme gamma, bare i SI |
| fT | femtotesla | 10¹⁵ | den nedre kanten av det målbare |
| Wb/m² | weber per m² | 1 | det samme med andre ord: teslaen er weberen per kvadratmeter |
| A/m | feltstyrke H | 795775 | raden gjelder bare for vakuum og luft |
| G | gauss, CGS | 10000 | nøyaktig ti tusen i én tesla — faktoren er eksakt |
| kG | kilogauss | 10 | et hendig multiplum til laboratoriefelt |
| γ | gamma | 10⁹ | en hundretusendel gauss, det samme som nanoteslaen |
| Oe | oersted | 10000 | tallmessig lik gaussen i vakuum — derav forvirringen |
| T | tesla | 1 | utgangsenheten for dette bladet |
Teslaen er flukstetthet: gang med arealet, så får du weberen, del på den magnetiske konstanten, så får du feltstyrken i ampere per meter
03 · Størrelsesordener
tjuetre ordener: fra hjernen til magnetarenÉn tesla: luftgapet i en kraftig elektromotor
04 · Måleinstrumenter
Hva man måler magnetisk flukstetthet med
En strøm i en tynn halvlederplate bøyes av feltet, og på sideflatene oppstår en spenning proporsjonal med flukstettheten. Billig, liten, arbeider fra null til titalls tesla — derfor sitter den i hver børsteløs motor og i hver hjulhastighetsføler.
Kjernen drives i metning av en vekselstrøm, og man våker over asymmetrien i svaret: et ytre felt forskyver sløyfen, og i sekundærviklingen dukker en andre harmonisk opp. Geofysikkens og romfartøyenes viktigste instrument, følsomt ned til pikotesla.
Protoner i en vannprøve presesserer med en frekvens som er strengt proporsjonal med feltet: 42,58 megahertz per tesla. Målingen koker ned til å måle en frekvens, og frekvens er det vi kan måle best av alt — derav en nøyaktighet på milliondeler og rollen som referansemetode.
Et superledende interferometer teller kvanter av magnetisk fluks og skiller femtotesla — en milliard ganger mindre enn jordas felt. Det virker bare i en kryostat og inne i et skjermet rom, men det lar hjernens magnetfelt bli skrevet ned.
05 · Teslaen i arbeid
Hvilket felt som er hvor, og hva som gjør det farlig
Femti mikrotesla er jordas felt; ti ganger så mye, en halv millitesla, er den linjen bak hvilken man ikke slipper folk med pacemaker inn i MR-rommet. Den males på gulvet.
Maskinens vanlige styrke. I dette feltet lar en stålgjenstand seg ikke lenger holde med hånden: tiltrekningen vokser raskere enn et menneske rekker å åpne fingrene.
Vannets diamagnetisme er svak, men i et slikt felt skyves det utover — så mye at en dråpe, en gresshoppe og en frosk henger i luften.
Over dette river det magnetiske trykket viklingen fra hverandre innenfra. Lenger ute finnes bare pulsanlegg, som lever mikrosekunder.
Feltet fra en skanner trekker en ferromagnetisk gjenstand til seg med en kraft som vokser jo nærmere den kommer, og derfor er den umulig å holde: den siste meteren tilbakelegger flasken med en bils fart. I 2001 drepte en slik flaske i New York en seks år gammel gutt som lå i apparatet. Magneten kan ikke slås av på et øyeblikk — den superledende viklingen må slukkes ved å fordampe det flytende heliumet, og gjenopprettingen tar dager.
Vann er svakt diamagnetisk og skyves i et sterkt ujevnt felt utover. I et nederlandsk laboratorium fikk man i 1997 vanndråper, en gresshoppe og en frosk til å sveve i et felt på seksten tesla — frosken tok, etter alt å dømme, ingen skade. Forsøket ga Andre Geim Ig Nobelprisen i 2000, og ti år senere fikk samme forsker Nobelprisen for grafen.
06 · Skriveregler
T stor — den lille t-en er tonnet
T stor — den lille t-en er tonnet, og navnet i løpende tekst skrives med liten: tesla. Flertall er uendret: fem tesla, og navnet får ingen stor forbokstav selv om det kommer av et etternavn. En liten t ved siden av er tonnet, en helt annen størrelse.
Størrelsens tegn er en kursiv B, enhetens en rett T; det russiske tegnet er Тл. Gaussen hører ikke til SI: normene forbyr uttrykkelig å bruke to enheter ved siden av hverandre i ett dokument. Prefikset mikro krever en gresk my: µT, ikke uT. I medisinen oppgis feltstyrken til en skanner vanligvis helt uten enhet — «halvannen», «tre» — men i dokumentasjonen skrives den fullt ut.
07 · Naboenheter
Teslaen er flukstetthet; ganget med arealet gir den weberen, og delt på den magnetiske konstanten feltstyrken i ampere per meter. Gaussen er samme størrelse i CGS-systemet.
Blant databladene til Simetrium grenser til teslaen weber som fluks av samme art, gauss og oersted fra CGS-systemet, henry s amperen fra beregningen av viklinger og hertz, som resonansfrekvensen uttrykkes i.
08 · Historisk del
Hva feltet ble målt i før teslaen
Nikola Tesla viste at tre faseforskjøvne strømmer skaper et felt som roterer uten bevegelige deler. Asynkronmotoren klarte seg uten kommutator og børster og drev likestrømmen ut av industrien.
Edison forsvarte likestrømmen og vek ikke tilbake for offentlig å henrette dyr med vekselstrøm for å bevise hvor farlig den var. Striden ble avgjort av Niagara-kraftverket i 1895: bare vekselstrømmen kunne føre energi over avstand.
I et laboratorium to kilometer over havet trakk Tesla kunstige lyn på titalls meter og tente lamper uten tråd. Resonanstransformatoren som bærer navnet hans gikk over i teknikken og like mye i folkefantasien.
Den ellevte generalkonferansen, den samme som godkjente selve navnet «Det internasjonale enhetssystemet», ga flukstettheten Teslas navn. Da hadde oppfinneren vært død i sytten år, og han døde på et hotell i New York, i gjeld.
Førtifem og en halv tesla er grensen som er nådd ved Det nasjonale laboratoriet for sterke magnetfelt: en superledende innsats inne i en resistiv magnet. Pulsanlegg gir opptil tusen tesla, men ødelegger derved sin egen vikling på mikrosekunder.
Hos nøytronstjerner med det sterkeste magnetfeltet når flukstettheten hundrevis av gigatesla. På tusen kilometers avstand ville et slikt felt slette et hvilket som helst bankkort, og på nært hold strekker det atomenes elektronskall ut til sigarer.
Feltet som river sin egen vikling fra hverandre
Den øvre grensen for magnetfeltet settes ikke av elektroteknikken, men av materialenes styrke. Det magnetiske trykket vokser som kvadratet av flukstettheten: ved én tesla er det fire atmosfærer, ved ti fire hundre, ved femti allerede ti tusen, som overstiger kobberets styrke. Derfor kan permanente magneter sterkere enn førtifem tesla ikke finnes: viklingen ville bli revet fra hverandre innenfra. Pulsanlegg omgår forbudet med tiden — et felt på tusen tesla lever mikrosekunder, for kort til at ødeleggelsen rekker å utvikle seg, og spolen må uansett skiftes etter hvert skudd. Teslaen selv måles mest nøyaktig gjennom frekvensen: et proton presesserer i feltet med 42,577 megahertz per tesla, og de nasjonale normalene for flukstetthet er i bunn og grunn frekvenstellere med en ampulle vann. Protonets gyromagnetiske forhold er selv kjent til elleve sifre, slik at usikkerheten i en feltmåling ikke settes av fysikken, men av magnetens jevnhet.
Katalog · måleenheter
Et datablad for hver størrelse
Sju SI-grunnenheter, tjueto avledede med egne navn og enhetene utenfor systemet som verken teknikken eller hverdagen klarer seg uten. Hver har sitt eget blad: definisjon, omregning, instrumenter, skriveregler. På 18 språk.
Avledede SI-enheter med eget navn
teslaens datablad er åpentSI-grunnenheter
i terrakotta — de tre enhetene teslaen bygges avMagnetisk flukstetthet i andre systemer
Databladets språk
18 språk. Tegnet T er internasjonalt, men vanen med å måle i gauss holder seg ujevnt: i den russiske, japanske og kinesiske litteraturen om magnetiske materialer møter man CGS-enhetene den dag i dag.