Tesla
Unitate SI derivată · mărime: inducție magnetică
01 · Definiție
Tesla este inducția magnetică la care un flux de un weber trece printr-o arie de un metru pătrat. Definiție echivalentă prin forță: într-un câmp de un tesla, un conductor lung de un metru cu un amper suferă o forță de un newton.
Unitatea a ieșit mare la scară casnică și mică la scară astrofizică. Câmpul Pământului este de cincizeci de microtesla, un magnet școlar dă zecimi, un disc de neodim chiar la suprafață trece de unu; dincolo începe tehnica, unde se numără în unități și zeci. Intervalul în care mărimea se folosește cu adevărat cuprinde douăzeci și trei de ordine: de la femtotesla câmpului magnetic al unui creier care lucrează până la sute de gigatesla la suprafața unui magnetar, unde câmpul deformează învelișurile electronice ale atomilor și vidul încetează să mai fie gol.
Trei înfășurări decalate cu o sută douăzeci de grade și alimentate de curenți cu același defazaj creează un câmp care se rotește în spațiu fără nicio piesă în mișcare. Rotorul unui motor asincron nu are nevoie nici de colector, nici de perii: câmpul induce în el curenți și îl trage după sine. Brevetul din 1888 a devenit temelia întregii electrotehnici industriale de curent alternativ, iar până azi cam jumătate din toată electricitatea lumii este consumată tocmai de asemenea motoare.
02 · Conversie
Introduceți o inducție — fișa o va descompune pe unități
Gaussul se ține mai dârz decât orice altă unitate CGS: geofizica, materialele magnetice și fizica plasmei îl folosesc până azi. Un tesla înseamnă exact zece mii de gauss, coeficientul este exact, de aceea conversia e mereu simplă. Gama este unitatea geofizicienilor, egală cu nanotesla: în ea se măsoară anomaliile magnetice la căutarea minereului.
Tesla măsoară inducția B, amperul pe metru intensitatea H. În vid sunt proporționale prin constanta magnetică; în fier se deosebesc de mii de ori: oțelul întărește câmpul, în timp ce calculul se face în H. Această dependență nu este liniară, are ciclu de histerezis, de aceea rândurile «A/m» și «oersted» din tabel sunt valabile doar pentru vid și aer.
| Unitate | Nume | Valoare | Unde apare |
|---|---|---|---|
| T | tesla, unitate SI | 1 | unitatea de pornire a acestei fișe |
| mT | militesla | 1000 | o mărime casnică: sutimi de tesla |
| µT | microtesla | 1000000 | aici trăiește magnetismul terestru |
| nT | nanotesla | 10⁹ | aceeași gama, doar că în SI |
| fT | femtotesla | 10¹⁵ | marginea de jos a măsurabilului |
| Wb/m² | weber pe m² | 1 | același lucru spus altfel: tesla este weberul pe metru pătrat |
| A/m | intensitatea H | 795775 | rândul este valabil doar pentru vid și aer |
| G | gauss, CGS | 10000 | exact zece mii într-un tesla — coeficientul este exact |
| kG | kilogauss | 10 | un multiplu comod pentru câmpurile de laborator |
| γ | gama | 10⁹ | o sutămiime de gauss, tot atât cât nanotesla |
| Oe | oersted | 10000 | numeric egal cu gaussul în vid — de aici încurcătura |
| T | tesla | 1 | unitatea de pornire a acestei fișe |
Tesla este densitate de flux: înmulțiți cu aria și obțineți weberul, împărțiți la constanta magnetică și obțineți intensitatea în amperi pe metru
03 · Ordine de mărime
douăzeci și trei de ordine: de la creier la magnetarUn tesla: întrefierul unui motor electric puternic
04 · Instrumente de măsură
Cu ce se măsoară inducția magnetică
Un curent într-o plăcuță semiconductoare subțire este deviat de câmp, iar pe fețele ei laterale apare o tensiune proporțională cu inducția. Ieftin, mic, lucrează de la zero la zeci de tesla — de aceea stă în fiecare motor fără perii și în fiecare senzor de turație a roții.
Miezul este dus în saturație cu curent alternativ și se urmărește asimetria răspunsului: un câmp exterior deplasează bucla, iar în înfășurarea secundară apare a doua armonică. Instrumentul principal al geofizicii și al navelor spațiale, sensibil până la picotesla.
Protonii dintr-o probă de apă precesează cu o frecvență strict proporțională cu câmpul: 42,58 megahertzi pe tesla. Măsurarea se reduce la măsurarea unei frecvențe, iar frecvența e ceea ce știm măsura cel mai bine — de aici o exactitate de milionimi și rolul de metodă de referință.
Un interferometru supraconductor numără cuante de flux magnetic și deosebește femtotesla — de un miliard de ori mai puțin decât câmpul Pământului. Funcționează doar într-un criostat și într-o cameră ecranată, dar îngăduie înregistrarea câmpului magnetic al creierului.
05 · Tesla la lucru
Ce câmp unde se află și prin ce e primejdios
Cincizeci de microtesla este câmpul Pământului; de zece ori atât, o jumătate de militesla, este linia dincolo de care nu sunt lăsați în sala de rezonanță cei cu stimulator cardiac. Se vopsește pe podea.
Puterea obișnuită a aparatului. În acest câmp un obiect de oțel nu mai poate fi ținut cu mâna: atracția crește mai repede decât apucă omul să desfacă degetele.
Diamagnetismul apei este slab, dar într-un asemenea câmp ea e împinsă în afară — atât cât o picătură, o lăcustă și o broască să rămână atârnate în aer.
Peste asta presiunea magnetică rupe înfășurarea dinăuntru. Mai departe rămân doar instalațiile de impuls, care trăiesc microsecunde.
Câmpul unui aparat de rezonanță atrage un obiect feromagnetic cu o forță care crește pe măsură ce se apropie, de aceea e cu neputință de ținut: ultimul metru butelia îl parcurge cu viteza unei mașini. În 2001, la New York, o asemenea butelie a ucis un băiat de șase ani întins în aparat. Magnetul nu poate fi oprit pe loc — înfășurarea supraconductoare trebuie stinsă evaporând heliul lichid, iar refacerea ia zile.
Apa este slab diamagnetică și într-un câmp intens și neuniform este împinsă în afară. Într-un laborator olandez, în 1997, într-un câmp de șaisprezece tesla au făcut să leviteze picături de apă, o lăcustă și o broască — care, după toate aparențele, nu a suferit nicio vătămare. Experiența i-a adus lui Andre Geim premiul Ig Nobel din 2000, iar zece ani mai târziu același cercetător a primit Nobelul pentru grafen.
06 · Reguli de scriere
T mare — t mic este tona
T mare — t mic este tona, iar numele în text curent se scrie cu literă mică: tesla. Pluralul rămâne neschimbat: cinci tesla, iar numele nu ia majusculă deși vine de la un nume de familie. Un t mic alături este tona, o mărime cu totul alta.
Simbolul mărimii este un B cursiv, al unității un T drept; simbolul rusesc este Тл. Gaussul nu aparține SI: normele interzic expres folosirea a două unități alături în același document. Prefixul micro cere un mu grecesc: µT, nu uT. În medicină puterea câmpului unui aparat se indică de obicei fără nicio unitate — «unu și jumătate», «trei» — dar în documentație se scrie întreagă.
07 · Unități vecine
Tesla este densitate de flux; înmulțită cu aria dă weberul, iar împărțită la constanta magnetică intensitatea în amperi pe metru. Gaussul este aceeași mărime în sistemul CGS.
Dintre fișele Simetrium se învecinează cu tesla weber ca flux de aceeași natură, gauss și oersted din sistemul CGS, henry s amperul din calculul înfășurărilor și hertz, în care se exprimă frecvența de rezonanță.
08 · Secțiune istorică
În ce se măsura câmpul înainte de tesla
Nikola Tesla a arătat că trei curenți defazați creează un câmp care se rotește fără piese în mișcare. Motorul asincron s-a lipsit de colector și perii și a alungat curentul continuu din industrie.
Edison apăra curentul continuu și nu se dădea înapoi de la electrocutarea publică a animalelor cu curent alternativ, ca să-i dovedească primejdia. Disputa a fost închisă de centrala de la Niagara din 1895: numai curentul alternativ știa să ducă energia la distanță.
Într-un laborator la doi kilometri altitudine, Tesla scotea fulgere artificiale lungi de zeci de metri și aprindea lămpi fără fir. Transformatorul rezonant care îi poartă numele a trecut în tehnică și deopotrivă în folclor.
A unsprezecea Conferință Generală, aceeași care a aprobat însuși numele «Sistemul Internațional de Unități», a dat inducției numele lui Tesla. La acea dată inventatorul era mort de șaptesprezece ani, și murise într-un hotel din New York, plin de datorii.
Patruzeci și cinci de tesla și jumătate este limita atinsă la Laboratorul Național de Câmpuri Magnetice Intense: un insert supraconductor în interiorul unui magnet rezistiv. Instalațiile de impuls dau până la o mie de tesla, dar își distrug între timp propria înfășurare în microsecunde.
La stelele neutronice cu cel mai intens câmp magnetic inducția atinge sute de gigatesla. La o mie de kilometri un asemenea câmp ar șterge orice card bancar, iar de aproape întinde învelișurile electronice ale atomilor ca pe niște trabucuri.
Câmpul care își rupe propria înfășurare
Limita superioară a câmpului magnetic nu o pune electrotehnica, ci rezistența materialelor. Presiunea magnetică crește ca pătratul inducției: la un tesla este de patru atmosfere, la zece de patru sute, la cincizeci deja de zece mii, ceea ce depășește rezistența cuprului. De aceea magneții permanenți mai puternici de patruzeci și cinci de tesla nu pot exista: înfășurarea ar fi ruptă dinăuntru. Instalațiile de impuls ocolesc interdicția cu timpul — un câmp de o mie de tesla trăiește microsecunde, prea puțin ca distrugerea să apuce să se dezvolte, iar bobina tot trebuie schimbată după fiecare tragere. Tesla însuși se măsoară cel mai exact prin frecvență: un proton precesează în câmp cu 42,577 megahertzi pe tesla, iar etaloanele naționale de inducție sunt, în fond, frecvențmetre cu o fiolă de apă. Însuși raportul giromagnetic al protonului este cunoscut cu unsprezece cifre, astfel încât incertitudinea unei măsurări de câmp nu o dă fizica, ci omogenitatea magnetului.
Catalog · unități de măsură
O fișă pentru fiecare mărime
Șapte unități fundamentale SI, douăzeci și două derivate cu nume propriu și unitățile din afara sistemului fără de care nu se descurcă nici tehnica, nici viața de zi cu zi. Fiecare are foaia ei: definiție, conversie, instrumente, reguli de scriere. În 18 de limbi.
Unități SI derivate cu nume propriu
fișa teslei este deschisăUnități fundamentale SI
în teracotă — cele trei unități din care se compune teslaInducția magnetică în alte sisteme
Limba fișei
18 de limbi. Simbolul T este internațional, dar obiceiul de a măsura în gauss se ține neuniform: în literatura rusă, japoneză și chineză despre materiale magnetice unitățile CGS se întâlnesc până azi.