Tesla
Izvedena SI jedinica · veličina: magnetna indukcija
01 · Definicija
Tesla je magnetna indukcija pri kojoj fluks od jednog vebera prolazi kroz površinu od jednog kvadratnog metra. Ravnopravna definicija preko sile: u polju od jedne tesle provodnik dug metar sa strujom od jednog ampera oseća silu od jednog njutna.
Jedinica je ispala velika po kućnoj meri i mala po astrofizičkoj. Polje Zemlje je pedeset mikrotesli, školski magnet daje desetine, neodijumski disk pri samoj površini prelazi jednu; dalje počinje tehnika, gde se broji jedinicama i deseticama. Opseg u kome se veličina uopšte koristi obuhvata dvadeset tri reda: od femtotesle magnetnog polja mozga koji radi do stotina gigatesli na površini magnetara, gde polje izobličava elektronske omotače atoma i vakuum prestaje da bude prazan.
Tri namotaja pomerena za sto dvadeset stepeni i napajana strujama sa istim faznim pomerajem stvaraju polje koje se obrće u prostoru bez ijednog pokretnog dela. Rotoru asinhronog motora ne trebaju ni kolektor ni četkice: polje u njemu indukuje struje i vuče ga za sobom. Patent iz 1888. postao je temelj čitave industrijske elektrotehnike naizmenične struje, i do danas oko polovine sve električne energije na svetu troše upravo takvi motori.
02 · Pretvaranje
Unesite indukciju — list će je razložiti po jedinicama
Gaus se drži tvrdoglavije od bilo koje druge CGS jedinice: geofizika, magnetni materijali i fizika plazme koriste ga do danas. Jedna tesla je tačno deset hiljada gausa, koeficijent je tačan, pa je pretvaranje uvek jednostavno. Gama je jedinica geofizičara, jednaka nanotesli: njome se mere magnetne anomalije pri traganju za rudom.
Tesla meri indukciju B, amper po metru jačinu H. U vakuumu su srazmerni preko magnetne konstante; u gvožđu se razlikuju hiljadu puta: čelik pojačava polje, dok se račun vodi u H. Ta zavisnost nije linearna, ima petlju histerezisa, pa redovi «A/m» i «erstet» u tabeli važe samo za vakuum i vazduh.
| Jedinica | Naziv | Vrednost | Gde se sreće |
|---|---|---|---|
| T | tesla, SI jedinica | 1 | polazna jedinica ovog lista |
| mT | militesla | 1000 | kućna veličina: stotinke tesle |
| µT | mikrotesla | 1000000 | ovde živi zemaljski magnetizam |
| nT | nanotesla | 10⁹ | ista gama, samo u SI |
| fT | femtotesla | 10¹⁵ | donja ivica merljivog |
| Wb/m² | veber po m² | 1 | to isto drugim rečima: tesla jeste veber po kvadratnom metru |
| A/m | jačina H | 795775 | red važi samo za vakuum i vazduh |
| Gs | gaus, CGS | 10000 | tačno deset hiljada u jednoj tesli — koeficijent je tačan |
| kGs | kilogaus | 10 | zgodan umnožak za laboratorijska polja |
| γ | gama | 10⁹ | stohiljaditi deo gausa, isto što i nanotesla |
| Oe | erstet | 10000 | brojčano jednak gausu u vakuumu — otuda zabuna |
| T | tesla | 1 | polazna jedinica ovog lista |
Tesla je gustina fluksa: pomnožite površinom i dobićete veber, podelite magnetnom konstantom i dobićete jačinu u amperima po metru
03 · Redovi veličina
dvadeset tri reda: od mozga do magnetaraJedna tesla: vazdušni procep snažnog elektromotora
04 · Merni instrumenti
Čime se meri magnetna indukcija
Struja u tankoj poluprovodničkoj pločici skreće u polju, a na njenim bočnim stranama pojavljuje se napon srazmeran indukciji. Jeftin, mali, radi od nule do desetina tesli — zato sedi u svakom motoru bez četkica i u svakom senzoru obrtaja točka.
Jezgro se naizmeničnom strujom tera u zasićenje i prati se asimetrija odziva: spoljno polje pomera petlju, a u sekundarnom namotaju pojavljuje se drugi harmonik. Glavni instrument geofizike i svemirskih letelica, osetljiv do pikotesle.
Protoni u uzorku vode precesiraju frekvencijom strogo srazmernom polju: 42,58 megaherca po tesli. Merenje se svodi na merenje frekvencije, a frekvenciju umemo da merimo bolje od svega — otuda tačnost na milioniti deo i uloga referentne metode.
Superprovodni interferometar broji kvante magnetnog fluksa i razlikuje femtoteslu — milijardu puta manje od polja Zemlje. Radi samo u kriostatu i u zaklonjenoj prostoriji, ali dozvoljava da se zapiše magnetno polje mozga.
05 · Tesla na poslu
Koje polje gde stoji i u čemu je opasno
Pedeset mikrotesli je polje Zemlje; deset puta toliko, pola militesle, jeste linija iza koje se u salu sa aparatom ne puštaju ljudi sa pejsmejkerom. Iscrtava se na podu.
Uobičajena jačina aparata. U ovom polju čelični predmet se rukom više ne drži: privlačenje raste brže nego što čovek stigne da raširi prste.
Dijamagnetizam vode je slab, ali u takvom polju biva potisnuta napolje — toliko da kap, skakavac i žaba vise u vazduhu.
Iznad toga magnetni pritisak cepa namotaj iznutra. Dalje ostaju samo impulsna postrojenja, koja žive mikrosekunde.
Polje aparata uvlači feromagnetni predmet silom koja raste kako se približava, pa ga je nemoguće zadržati: poslednji metar boca prelazi brzinom automobila. Godine 2001. u Njujorku takva boca je usmrtila šestogodišnjeg dečaka koji je ležao u aparatu. Magnet se ne može ugasiti odmah — superprovodni namotaj mora se ugasiti isparavanjem tečnog helijuma, a oporavak traje danima.
Voda je slabo dijamagnetna i u jakom nejednoličnom polju biva potisnuta napolje. U jednoj holandskoj laboratoriji 1997. godine u polju od šesnaest tesli levitirale su kapi vode, skakavac i žaba — žaba, kako izgleda, nije pretrpela nikakvu štetu. Ogled je Andreu Gajmu doneo Ig Nobelovu nagradu 2000. godine, a deset godina kasnije isti istraživač dobio je Nobelovu za grafen.
06 · Pravila pisanja
T veliko — malo t je tona
T veliko — malo t je tona, a naziv u tekućem tekstu ide malim slovom: tesla. Menja se kao obična imenica: pet tesli, iako potiče od prezimena. Malo t pored jeste tona, sasvim druga veličina.
Oznaka veličine je kurzivno B, jedinice uspravno T; ruska oznaka je Тл. Gaus ne pripada SI: standardi izričito zabranjuju upotrebu dve jedinice jedne pored druge u istom dokumentu. Prefiks mikro traži grčko mi: µT, ne uT. U medicini se jačina polja aparata obično navodi sasvim bez jedinice — «jedan i po», «tri» — ali se u dokumentaciji piše cela.
07 · Susedne jedinice
Tesla je gustina fluksa; pomnožena površinom daje veber, a podeljena magnetnom konstantom jačinu u amperima po metru. Gaus je ista veličina u CGS sistemu.
Od listova Simetrijuma tesli su susedi veber kao fluks iste prirode, gaus i erstet iz CGS sistema, henri s amperom iz proračuna namotaja i herc, u kojoj se izražava frekvencija rezonancije.
08 · Istorijski deo
U čemu se polje merilo pre tesle
Nikola Tesla je pokazao da tri fazno pomerene struje stvaraju polje koje se obrće bez pokretnih delova. Asinhroni motor prošao je bez kolektora i četkica i isterao jednosmernu struju iz industrije.
Edison je branio jednosmernu struju i nije se libio da javno pogubljuje životinje naizmeničnom kako bi dokazao njenu opasnost. Spor je zatvorila Nijagarina elektrana iz 1895: energiju na daljinu umela je da prenese samo naizmenična struja.
U laboratoriji dva kilometra iznad mora Tesla je izvlačio veštačke munje duge desetine metara i palio lampe bez žice. Rezonantni transformator koji nosi njegovo ime prešao je u tehniku i isto toliko u narodne priče.
Jedanaesta Generalna konferencija — ista ona koja je odobrila sam naziv «Međunarodni sistem jedinica» — dala je indukciji Teslino ime. Tada je pronalazač bio mrtav već sedamnaest godina, a umro je u njujorškom hotelu, u dugovima.
Četrdeset pet i po tesli granica je dostignuta u Nacionalnoj laboratoriji jakih magnetnih polja: superprovodni umetak unutar rezistivnog magneta. Impulsna postrojenja daju do hiljadu tesli, ali pritom uništavaju sopstveni namotaj za mikrosekunde.
Kod neutronskih zvezda sa najjačim magnetnim poljem indukcija dostiže stotine gigatesli. Sa hiljadu kilometara takvo polje bi obrisalo bilo koju bankovnu karticu, a izbliza isteže elektronske omotače atoma u cigare.
Polje koje cepa sopstveni namotaj
Gornju granicu magnetnog polja ne postavlja elektrotehnika nego čvrstoća materijala. Magnetni pritisak raste sa kvadratom indukcije: pri jednoj tesli iznosi četiri atmosfere, pri deset četiri stotine, pri pedeset već deset hiljada, što premašuje čvrstoću bakra. Zato trajni magneti jači od četrdeset pet tesli ne mogu postojati: namotaj bi se pocepao iznutra. Impulsna postrojenja zaobilaze zabranu vremenom — polje od hiljadu tesli živi mikrosekunde, prekratko da bi razaranje stiglo da se razvije, a kalem se ipak menja posle svakog opaljenja. Samu teslu merimo najtačnije preko frekvencije: proton u polju precesira sa 42,577 megaherca po tesli, a nacionalni etaloni indukcije u suštini su brojači frekvencije sa ampulom vode. Sam žiromagnetni odnos protona poznat je do jedanaeste cifre, tako da nesigurnost merenja polja ne određuje fizika nego jednoličnost magneta.
Katalog · merne jedinice
List za svaku veličinu
Sedam osnovnih SI jedinica, dvadeset dve izvedene sa sopstvenim imenima i vansistemske jedinice bez kojih ne prolaze ni tehnika ni svakodnevica. Svaka ima svoj list: definicija, pretvaranje, instrumenti, pravila pisanja. Na 36 jezika.
Izvedene SI jedinice sa sopstvenim imenom
otvoren list tesleOsnovne SI jedinice
terakotom — tri jedinice od kojih se tesla sastavljaMagnetna indukcija u drugim sistemima
Jezik lista
36 jezika. Oznaka T je međunarodna, ali navika merenja u gausima drži se neravnomerno: u ruskoj, japanskoj i kineskoj literaturi o magnetnim materijalima CGS jedinice sreću se do danas.