Tesla
În 1997, într-un laborator de câmpuri intense din Nijmegen, o broască vie s-a ridicat în aer. Nimeni nu o ținea. Plutea în interiorul tubului vertical al unui magnet de 16 T. Apa din corpul broaștei este respinsă slab de câmp, iar la o asemenea intensitate respingerea a depășit greutatea. Broasca a rămas teafără, iar Andre Geim și Michael Berry au primit pentru experiment premiul Ig Nobel.
Tesla este unitatea de inducție magnetică. Ea arată cât de dens trece fluxul magnetic: un tesla înseamnă un weber printr-un metru pătrat. Câmpul Pământului are circa 50 µT. Un magnet de frigider — câțiva militesla. Un aparat IRM de spital — 1,5 sau 3 T.
| Notație | T |
| Definiție | weber pe metru pătrat · Wb/m² · V·s/m² · kg·s⁻²·A⁻¹ |
| Valori de referință | protonul din apă precesează cu 42,576 384 MHz pe tesla · 1 T = 10⁴ G |
| Introdusă | în SI din 1960, a XI-a Conferință Generală · în onoarea lui Nikola Tesla |
| Standarde | ISO 80000-6 · IEC 60050-121 · IEC 60601-2-33 · SI Brochure 9th ed. |
| Valori tipice | 50 µT — câmpul Pământului · 3 T — aparat IRM · 16 T — o broască levitează |
01 · Definiție
Un weber pe fiecare metru pătrat
Inducția magnetică B arată cât de puternic împinge câmpul o sarcină în mișcare. Forța Lorentz este egală cu sarcina înmulțită cu viteza și cu inducția. Fie o sarcină de un coulomb care zboară perpendicular pe un câmp de 1 T cu viteza de 1 m/s. Atunci asupra ei acționează o forță de 1 N. Așa se exprimă tesla prin mecanică.
Același tesla este densitatea fluxului magnetic, un weber printr-un metru pătrat. De aceea câmpul se măsoară în două feluri. Se poate observa cât de mult deviază electronii într-un semiconductor — așa funcționează senzorul Hall. Se poate măsura frecvența cu care se clatină protonii în el — așa funcționează RMN-ul.
Cum observă senzorul câmpul
O plăcuță semiconductoare văzută de sus. Un curent de 1 mA circulă de la stânga la dreapta, deci electronii — punctele magenta — aleargă de la dreapta la stânga. Cercurile albastre cu un punct sunt un câmp îndreptat spre cititor: cu cât sunt mai luminoase, cu atât e mai puternic. Câmpul deviază electronii spre marginea de sus. Acolo se adună minus, jos — plus. Voltmetrul din dreapta măsoară această diferență — tensiunea Hall.
Câmpul magnetic are două mărimi. Inducția B, în tesla, este ceea ce simte o sarcină sau acul unei busole. Intensitatea H, în amperi pe metru, este ceea ce creează curenții. În vid ele sunt legate de constanta μ₀: unui câmp de 1 T îi corespund 795 775 A/m. În interiorul fierului, aceeași intensitate dă o inducție de mii de ori mai mare.
Ce face câmpul pe măsură ce crește tot mai mult
În mijloc este un magnet supraconductor în secțiune, cu un tub vertical. Cercurile din bobinaj sunt spire cu curent: cu punct — curent spre cititor, cu cruce — dinspre cititor. Liniile punctate albastre sunt linii de câmp. În tub ele urcă, în afară se întorc în jos. Cu cât câmpul e mai puternic, cu atât sunt mai multe și mai luminoase. În tub se pot pune ferofluid, o cuvă cu apă sau o picătură, iar o agrafă — pe masa de alături. În dreapta sunt trei aparate: un fascicul de electroni, un proton în apă și o busolă la trei metri de magnet. În stânga este pupitrul: câmpul, curentul din bobinaj, energia și rezerva de heliu lichid. Butonul „Quench” oprește supraconductibilitatea bobinajului. Timpul în scenă este accelerat: un magnet real se încarcă ore întregi.
Puneți ferofluid în tub și creșteți câmpul.
02 · Conversie
| Unitate | Valoare | Unde apare |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
1 T = 10 000 G. Fișele vechi ale magneților dau valorile în gauss: „3000 G” înseamnă 0,3 T.
Geofizicienii socotesc în gamma: 1 γ = 1 nT. O furtună magnetică deplasează câmpul Pământului cu sute de gamma.
Oerstedul este unitate de intensitate H, nu de inducție. Doar în vid 1 Oe corespunde la 1 G.
03 · Ordine de mărime
04 · Instrumente de măsură
05 · Reguli de scriere
06 · Unități vecine
07 · Secțiune istorică
Un câmp intens se măsoară cel mai precis prin frecvență. Protonii din apă se clatină în jurul liniei de câmp ca niște titirezi, iar frecvența este strict proporțională cu inducția. Pentru o sferă de apă la 25 °C coeficientul se cunoaște cu nouă cifre: 42,576 384 74 MHz pe tesla. Aparatul găsește frecvența de răspuns și o împarte la acest număr. Așa se determină câmpul cu o eroare de milionimi.
Câmpurile slabe, de până la un militesla, se obțin cu bobine Helmholtz. Acestea sunt două inele identice, așezate la o distanță egală cu raza. Între ele câmpul este aproape uniform și se calculează din curent, numărul de spire și rază. Curentul se măsoară după etaloane cuantice, dimensiunile — cu rigla. Așa se obține un câmp de referință, după care se etalonează magnetometrele fluxgate și senzorii Hall.
Catalogul mărimilor
tot indexul →Cele șapte unități fundamentale SI
O picătură de acid schimbă culoarea sucului, sarea colorează flacăra, apa îngheață la o lovitură. Sub ele, toate fișele Simetrium, pe discipline și în ordine alfabetică.
Deschide indexul →