Tesla
W 1997 roku w laboratorium silnych pól w Nijmegen żywa żaba uniosła się w powietrze. Nikt jej nie trzymał. Wisiała wewnątrz pionowej rury magnesu o polu 16 T. Woda w ciele żaby jest słabo odpychana przez pole, a przy takiej sile odpychanie przeważyło nad ciężarem. Żabie nic się nie stało, a Andre Geim i Michael Berry dostali za to doświadczenie Ig Nobla.
Tesla to jednostka indukcji magnetycznej. Pokazuje, jak gęsto biegnie strumień magnetyczny: jedna tesla to jeden weber przez metr kwadratowy. Pole Ziemi to około 50 µT. Magnes na lodówkę — kilka militesli. Aparat MR w szpitalu — 1,5 lub 3 T.
| Oznaczenie | T |
| Definicja | weber na metr kwadratowy · Wb/m² · V·s/m² · kg·s⁻²·A⁻¹ |
| Wartości odniesienia | proton w wodzie precesuje z częstotliwością 42,576 384 MHz na teslę · 1 T = 10⁴ G |
| Wprowadzona | w SI od 1960 roku, XI Generalna Konferencja · na cześć Nikoli Tesli |
| Normy | ISO 80000-6 · IEC 60050-121 · IEC 60601-2-33 · SI Brochure 9th ed. |
| Typowe wartości | 50 µT — pole Ziemi · 3 T — aparat MR · 16 T — żaba lewituje |
01 · Definicja
Weber na każdy metr kwadratowy
Indukcja magnetyczna B pokazuje, jak mocno pole popycha poruszający się ładunek. Siła Lorentza jest równa iloczynowi ładunku, prędkości i indukcji. Niech ładunek jednego kulomba leci w poprzek pola 1 T z prędkością 1 m/s. Wtedy działa na niego siła 1 N. Tak teslę wyraża się przez mechanikę.
Ta sama tesla to gęstość strumienia magnetycznego: weber przez metr kwadratowy. Dlatego pole mierzy się na dwa sposoby. Można patrzeć, jak mocno odchyla elektrony w półprzewodniku — tak działa czujnik Halla. Można mierzyć, z jaką częstotliwością chwieją się w nim protony — tak działa NMR.
Jak czujnik zauważa pole
Płytka półprzewodnika widziana z góry. Prąd 1 mA płynie z lewej na prawo, więc elektrony — malinowe kropki — biegną z prawej na lewo. Niebieskie kółka z kropką to pole skierowane do czytelnika: im jaśniejsze, tym silniejsze. Pole odchyla elektrony ku górnej krawędzi. Tam gromadzi się minus, na dole — plus. Woltomierz po prawej mierzy tę różnicę — napięcie Halla.
Pole magnetyczne ma dwie charakterystyki. Indukcja B w teslach to to, co czuje ładunek lub igła kompasu. Natężenie H w amperach na metr to to, co wytwarzają prądy. W próżni łączy je stała μ₀: polu 1 T odpowiada 795 775 A/m. Wewnątrz żelaza to samo natężenie daje indukcję tysiące razy większą.
Co robi pole, gdy staje się coraz silniejsze
Pośrodku — magnes nadprzewodzący w przekroju, z pionową rurą. Kółka w uzwojeniu to zwoje z prądem: z kropką — prąd do czytelnika, z krzyżykiem — od czytelnika. Niebieskie linie przerywane to linie pola. Wewnątrz rury biegną w górę, na zewnątrz wracają w dół. Im silniejsze pole, tym jest ich więcej i tym są jaśniejsze. Do rury można włożyć ferrofluid, kuwetę z wodą lub kroplę, a spinacz — na stół obok. Po prawej trzy przyrządy: wiązka elektronów, proton w wodzie i kompas trzy metry od magnesu. Po lewej pulpit: pole, prąd w uzwojeniu, energia i zapas ciekłego helu. Przycisk „Quench” wyłącza nadprzewodnictwo uzwojenia. Czas w scenie jest przyspieszony: prawdziwy magnes ładuje się godzinami.
Włóż do rury ferrofluid i zwiększ pole.
02 · Przeliczanie
| Jednostka | Wartość | Gdzie występuje |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
1 T = 10 000 G. Stare karty katalogowe magnesów podają gausy: „3000 G” to 0,3 T.
Geofizycy liczą w gammach: 1 γ = 1 nT. Burza magnetyczna przesuwa pole Ziemi o setki gamm.
Ersted to jednostka natężenia H, a nie indukcji. Tylko w próżni 1 Oe odpowiada 1 G.
03 · Rzędy wielkości
04 · Przyrządy pomiarowe
05 · Zasady zapisu
06 · Jednostki sąsiednie
07 · Dział historyczny
Silne pole najdokładniej mierzy się częstotliwością. Protony w wodzie chwieją się wokół linii pola jak bączki, a częstotliwość chwiania jest ściśle proporcjonalna do indukcji. Dla kulki wody w 25 °C współczynnik znany jest z dokładnością do dziewięciu cyfr: 42,576 384 74 MHz na teslę. Przyrząd znajduje częstotliwość odpowiedzi i dzieli ją przez tę liczbę. Tak poznaje się pole z błędem rzędu milionowych części.
Słabe pola, do militesli, wytwarza się cewkami Helmholtza. To dwa jednakowe pierścienie oddalone od siebie o promień. Między nimi pole jest prawie jednorodne i oblicza się je z prądu, liczby zwojów i promienia. Prąd mierzy się według wzorców kwantowych, wymiary — linijką. Tak uzyskuje się pole wzorcowe, według którego wzorcuje się magnetometry transduktorowe i czujniki Halla.
Katalog wielkości
cały indeks →Siedem jednostek podstawowych SI
Kropla kwasu zmienia kolor soku, sól barwi płomień, woda zamarza od stuknięcia. Pod nimi wszystkie karty Simetrium według dziedzin i alfabetycznie.
Otwórz indeks →