Tesla
Em 1997, no laboratório de campos intensos de Nimega, uma rã viva elevou-se no ar. Ninguém a segurava. Pairava dentro do tubo vertical de um íman de 16 T. A água do corpo da rã é fracamente repelida pelo campo, e com tal intensidade a repulsão superou o seu peso. A rã não sofreu nada, e Andre Geim e Michael Berry receberam por esta experiência o prémio Ig Nobel.
O tesla é a unidade de indução magnética. Indica com que densidade passa o fluxo magnético: um tesla é um weber através de um metro quadrado. O campo terrestre é de cerca de 50 µT. Um íman de frigorífico, alguns militeslas. Um aparelho de ressonância magnética num hospital, 1,5 ou 3 T.
| Notação | T |
| Definição | weber por metro quadrado · Wb/m² · V·s/m² · kg·s⁻²·A⁻¹ |
| Valores de referência | um protão em água precessa a 42,576 384 MHz por tesla · 1 T = 10⁴ G |
| Introduzida | no SI desde 1960, XI Conferência Geral · em honra de Nikola Tesla |
| Normas | ISO 80000-6 · IEC 60050-121 · IEC 60601-2-33 · SI Brochure 9th ed. |
| Valores típicos | 50 µT — campo terrestre · 3 T — aparelho de RM · 16 T — uma rã levita |
01 · Definição
Um weber em cada metro quadrado
A indução magnética B indica com que força um campo empurra uma carga em movimento. A força de Lorentz é igual à carga multiplicada pela velocidade e pela indução. Suponha-se que uma carga de um coulomb atravessa um campo de 1 T a 1 m/s. Então atua sobre ela uma força de 1 N. É assim que o tesla se exprime através da mecânica.
O mesmo tesla é densidade de fluxo magnético: um weber através de um metro quadrado. Por isso o campo mede-se de duas maneiras. Pode-se ver quanto ele desvia os eletrões num semicondutor — é assim que funciona um sensor de Hall. Pode-se medir com que frequência os protões oscilam nele — é assim que funciona a RMN.
Como um sensor deteta o campo
Uma placa de semicondutor vista de cima. Uma corrente de 1 mA passa da esquerda para a direita, por isso os eletrões — pontos magenta — correm da direita para a esquerda. Os círculos azuis com um ponto são um campo dirigido para o leitor: quanto mais brilhantes, mais intenso. O campo desvia os eletrões para a aresta superior. Aí acumula-se o negativo, em baixo o positivo. O voltímetro à direita mede essa diferença — a tensão de Hall.
Um campo magnético tem duas grandezas. A indução B, em teslas, é o que sente uma carga ou a agulha de uma bússola. A intensidade H, em amperes por metro, é o que as correntes criam. No vácuo, estão ligadas pela constante μ₀: a um campo de 1 T correspondem 795 775 A/m. Dentro do ferro, a mesma intensidade dá uma indução milhares de vezes maior.
O que um campo faz quando fica cada vez mais intenso
No centro está um íman supercondutor em corte, com um tubo vertical. Os círculos no enrolamento são espiras com corrente: com ponto — corrente na direção do leitor, com cruz — no sentido oposto. As linhas tracejadas azuis são linhas de campo. Dentro do tubo sobem, por fora regressam para baixo. Quanto mais intenso o campo, mais numerosas e brilhantes são. No tubo pode colocar-se ferrofluido, uma cuvete com água ou uma gota, e um clipe na mesa ao lado. À direita há três instrumentos: um feixe de eletrões, um protão em água e uma bússola a três metros do íman. À esquerda está o painel de comando: campo, corrente do enrolamento, energia e reserva de hélio líquido. O botão «Quench» desliga a supercondutividade do enrolamento. O tempo na cena está acelerado: um íman real carrega-se durante horas.
Coloque ferrofluido no tubo e aumente o campo.
02 · Conversão
| Unidade | Valor | Onde aparece |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
1 T = 10 000 G. As fichas técnicas antigas de ímanes indicam gauss: «3000 G» são 0,3 T.
Os geofísicos contam em gamas: 1 γ = 1 nT. Uma tempestade magnética desloca o campo terrestre centenas de gamas.
O oersted é uma unidade de intensidade de campo H, não de indução. Só no vácuo 1 Oe corresponde a 1 G.
03 · Ordens de grandeza
04 · Instrumentos de medição
05 · Regras de escrita
06 · Unidades vizinhas
07 · Secção histórica
Um campo intenso mede-se com mais exatidão pela frequência. Os protões da água oscilam em torno de uma linha de campo como piões, e a frequência dessa oscilação é estritamente proporcional à indução. Para uma esfera de água a 25 °C o coeficiente é conhecido até ao nono algarismo: 42,576 384 74 MHz por tesla. O instrumento encontra a frequência de resposta e divide-a por este número. Assim se conhece o campo com um erro de milionésimas.
Os campos fracos, até um militesla, são criados com bobinas de Helmholtz. São dois anéis iguais separados por uma distância igual ao raio. Entre eles o campo é quase uniforme e calcula-se a partir da corrente, do número de espiras e do raio. A corrente mede-se com padrões quânticos, as dimensões com uma régua. Obtém-se assim um campo de referência com o qual se calibram magnetómetros fluxgate e sensores de Hall.
Catálogo de grandezas
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