Tesla
År 1997 lyfte en levande groda upp i luften i högfältslaboratoriet i Nijmegen. Ingen höll i den. Den svävade inne i det lodräta röret i en magnet på 16 T. Vattnet i grodans kropp stöts svagt bort av fältet, och vid en sådan styrka vägde bortstötningen tyngre än vikten. Grodan tog ingen skada, och Andre Geim och Michael Berry fick Ig Nobelpriset för experimentet.
Tesla är enheten för magnetisk flödestäthet. Den visar hur tätt det magnetiska flödet går: en tesla är en weber genom en kvadratmeter. Jordens fält är omkring 50 µT. En kylskåpsmagnet några millitesla. En magnetkamera på sjukhus 1,5 eller 3 T.
| Beteckning | T |
| Definition | weber per kvadratmeter · Wb/m² · V·s/m² · kg·s⁻²·A⁻¹ |
| Referensvärden | en proton i vatten precesserar med 42,576 384 MHz per tesla · 1 T = 10⁴ G |
| Infördes | i SI sedan 1960, XI:e generalkonferensen · uppkallad efter Nikola Tesla |
| Standarder | ISO 80000-6 · IEC 60050-121 · IEC 60601-2-33 · SI Brochure 9th ed. |
| Typiska värden | 50 µT — jordens fält · 3 T — magnetkamera · 16 T — en groda svävar |
01 · Definition
En weber på varje kvadratmeter
Den magnetiska flödestätheten B visar hur hårt ett fält trycker på en laddning i rörelse. Lorentzkraften är lika med laddningen gånger hastigheten gånger flödestätheten. Låt en laddning på en coulomb flyga tvärs genom ett fält på 1 T med 1 m/s. Då verkar en kraft på 1 N på den. Så uttrycks tesla med mekanik.
Samma tesla är tätheten hos det magnetiska flödet: en weber genom en kvadratmeter. Därför mäter man ett fält på två sätt. Man kan se hur mycket det böjer av elektroner i en halvledare — så fungerar en hallsensor. Man kan mäta hur snabbt protoner vinglar i det — så fungerar NMR.
Hur en sensor märker ett fält
En halvledarplatta sedd ovanifrån. En ström på 1 mA går från vänster till höger, alltså springer elektronerna — magentafärgade prickar — från höger till vänster. De blå ringarna med en prick är ett fält som pekar mot läsaren: ju ljusare, desto starkare. Fältet böjer av elektronerna mot överkanten. Där samlas minus, nertill plus. Voltmetern till höger mäter skillnaden — hallspänningen.
Ett magnetfält har två storheter. Flödestätheten B i tesla är det som en laddning eller en kompassnål känner. Fältstyrkan H i ampere per meter är det som strömmar skapar. I vakuum knyts de samman av konstanten μ₀: ett fält på 1 T motsvarar 795 775 A/m. Inuti järn ger samma fältstyrka en flödestäthet som är tusentals gånger större.
Vad ett fält gör när det blir allt starkare
I mitten syns en supraledande magnet i genomskärning, med ett lodrätt rör. Ringarna i lindningen är strömförande varv: med prick — ström mot läsaren, med kryss — från läsaren. De blå streckade linjerna är fältlinjer. Inne i röret går de uppåt, utanför vänder de nedåt. Ju starkare fält, desto fler och ljusare är de. I röret kan man ställa ferrofluid, en kyvett med vatten eller en droppe, och ett gem på bordet bredvid. Till höger finns tre instrument: en elektronstråle, en proton i vatten och en kompass tre meter från magneten. Till vänster sitter manöverpanelen: fält, lindningsström, energi och förrådet av flytande helium. Knappen ”Quench” slår av lindningens supraledning. Tiden i scenen går fortare: en riktig magnet laddas upp i timmar.
Ställ ferrofluid i röret och höj fältet.
02 · Omräkning
| Enhet | Värde | Var den förekommer |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
1 T = 10 000 G. Gamla datablad för magneter anger gauss: ”3000 G” är 0,3 T.
Geofysiker räknar i gamma: 1 γ = 1 nT. En magnetisk storm flyttar jordens fält med hundratals gamma.
Oersted är en enhet för fältstyrka H, inte för flödestäthet. Bara i vakuum motsvarar 1 Oe värdet 1 G.
03 · Storleksordningar
04 · Mätinstrument
05 · Skrivregler
06 · Grannenheter
07 · Historisk del
Ett starkt fält mäts noggrannast genom en frekvens. Protoner i vatten vinglar runt en fältlinje som snurror, och vingelfrekvensen är strängt proportionell mot flödestätheten. För en vattenkula vid 25 °C är koefficienten känd med nio siffror: 42,576 384 74 MHz per tesla. Instrumentet hittar svarsfrekvensen och delar den med detta tal. Så känner man fältet på miljondelar när.
Svaga fält, upp till en millitesla, skapas med helmholtzspolar. Det är två likadana ringar placerade en radie från varandra. Mellan dem är fältet nästan homogent och räknas ut från strömmen, antalet varv och radien. Strömmen mäts mot kvantnormaler, måtten med linjal. Så får man ett referensfält som fluxgatemagnetometrar och hallsensorer kalibreras mot.
Storhetskatalog
hela registret →SI-systemets sju grundenheter
En droppe syra ändrar saftens färg, salt färgar lågan, vatten fryser av en knackning. Under dem alla Simetriums blad, efter ämnesområde och i bokstavsordning.
Öppna registret →