Tesla
Kipimo kitokanacho cha SI · kipimo: msongamano wa mtiririko wa sumaku
01 · Ufafanuzi
Tesla ni msongamano wa mtiririko wa sumaku ambao mtiririko wa weber moja hupita katika eneo la mita mraba moja. Ufafanuzi sawa kupitia nguvu: katika uga wa tesla moja, kondakta wa mita moja mwenye ampea moja huhisi nguvu ya newton moja.
Kipimo kilitoka kikubwa kwa kipimo cha nyumbani na kidogo kwa cha unajimu. Uga wa Dunia ni mikrotesla hamsini, sumaku ya shule hutoa sehemu za kumi, kibao cha neodimiamu usoni mwake hupita moja; baada ya hapo huanza ufundi, ambako huhesabiwa kwa moja na kumi. Eneo ambalo kipimo hiki hutumika kabisa hujumuisha vipeo ishirini na vitatu: kutoka femtotesla ya uga wa sumaku wa ubongo unaofanya kazi hadi mamia ya gigatesla usoni mwa magnetar, ambapo uga hupinda maganda ya elektroni ya atomu na ombwe huacha kuwa tupu.
Sokoto tatu zilizohamishwa digrii mia moja na ishirini na zinazolishwa na mikondo yenye uhamisho uleule wa awamu huunda uga unaozunguka angani bila sehemu hata moja inayosogea. Kizunguzi cha mota ya uingizaji hakihitaji kigeuza wala brashi: uga huingiza mikondo ndani yake na kukiburuta. Hataza ya mwaka 1888 ikawa msingi wa uhandisi wote wa viwandani wa mkondo wa kupishana, na hadi leo takriban nusu ya umeme wote wa dunia hutumiwa na mota za namna hiyo hasa.
02 · Kubadilisha
Weka msongamano wa mtiririko — karatasi itaugawa kwa vipimo
Gauss hushikilia kwa ukaidi zaidi kuliko kipimo kingine chochote cha CGS: jiofizikia, vitu vya sumaku na fizikia ya plasma hutumia hadi leo. Tesla moja ni gauss elfu kumi kamili, kigawe ni sahihi, kwa hiyo kubadilisha huwa rahisi kila mara. Gama ni kipimo cha wanajiofizikia, sawa na nanotesla: kwacho hupimwa kasoro za sumaku wakati wa kutafuta madini.
Tesla hupima msongamano wa mtiririko B, ampea kwa mita hupima nguvu H. Katika ombwe hulingana kupitia konstanti ya sumaku; ndani ya chuma hutofautiana maelfu ya mara: chuma huimarisha uga, ilhali hesabu hufanywa kwa H. Uhusiano huo si wa mstari, una kitanzi cha histeresi, kwa hiyo mistari «A/m» na «oersted» katika jedwali hufaa kwa ombwe na hewa tu.
| Kipimo | Jina | Thamani | Inapopatikana |
|---|---|---|---|
| T | tesla, kipimo cha SI | 1 | kipimo cha kuanzia cha karatasi hii |
| mT | militesla | 1000 | kipimo cha nyumbani: sehemu za mia za tesla |
| µT | mikrotesla | 1000000 | hapa huishi sumaku ya Dunia |
| nT | nanotesla | 10⁹ | gama ileile, ila katika SI |
| fT | femtotesla | 10¹⁵ | ukingo wa chini wa kinachopimika |
| Wb/m² | weber kwa m² | 1 | jambo lile lile kwa maneno mengine: tesla ni weber kwa mita mraba |
| A/m | nguvu H | 795775 | mstari huu hufaa kwa ombwe na hewa tu |
| G | gauss, CGS | 10000 | gauss elfu kumi kamili katika tesla moja — kigawe ni sahihi |
| kG | kilogauss | 10 | kizidishi rahisi kwa uga wa maabara |
| γ | gama | 10⁹ | sehemu moja ya laki moja ya gauss, sawa na nanotesla |
| Oe | oersted | 10000 | sawa kinamba na gauss katika ombwe — kutoka hapo mkanganyiko |
| T | tesla | 1 | kipimo cha kuanzia cha karatasi hii |
Tesla ni msongamano wa mtiririko: zidisha kwa eneo upate weber, gawanya kwa konstanti ya sumaku upate nguvu kwa ampea kwa mita
03 · Madaraja ya ukubwa
vipeo ishirini na vitatu: kutoka ubongo hadi magnetarTesla moja: pengo la hewa la mota yenye nguvu ya umeme
04 · Vifaa vya kupima
Msongamano wa mtiririko wa sumaku hupimwa kwa nini
Mkondo katika kibao chembamba cha nusu kondakta hupindishwa na uga, na kwenye kingo zake huonekana volteji inayolingana na msongamano wa mtiririko. Nafuu, kidogo, hufanya kazi kutoka sifuri hadi makumi ya tesla — ndiyo maana kipo katika kila mota isiyo na brashi na katika kila kitambua kasi ya gurudumu.
Kiini husukumwa kwenye kujaa kwa mkondo wa kupishana na kutolingana kwa jibu hutazamwa: uga wa nje huhamisha kitanzi, na katika sokoto la pili huonekana upatanifu wa pili. Kifaa kikuu cha jiofizikia na vyombo vya angani, chenye usikivu hadi pikotesla.
Protoni katika sampuli ya maji huzunguka kwa masafa yanayolingana kabisa na uga: megahertz 42.58 kwa kila tesla. Kipimo hupunguzwa kuwa kupima masafa, na masafa ndiyo tunayoyapima vizuri kuliko yote — kutoka hapo usahihi wa sehemu moja kwa milioni na jukumu la njia ya marejeleo.
Kipima mwingiliano cha upitishaji mkuu huhesabu kwanta za mtiririko wa sumaku na hutofautisha femtotesla — mara bilioni moja chini ya uga wa Dunia. Hufanya kazi tu ndani ya kriostati na chumba chenye kinga, lakini huruhusu uga wa sumaku wa ubongo kuandikwa.
05 · Tesla kazini
Uga upi upo wapi na hatari yake ni ipi
Mikrotesla hamsini ni uga wa Dunia; mara kumi ya hiyo, nusu militesla, ndio mstari ambao nyuma yake watu wenye vidhibiti mapigo ya moyo hawaruhusiwi kuingia chumba cha MRI. Huchorwa sakafuni.
Nguvu ya kawaida ya mashine. Katika uga huu kitu cha chuma hakishikiki tena kwa mkono: mvutano hukua haraka kuliko mtu anavyoweza kufumbua vidole.
Upingaji sumaku wa maji ni dhaifu, lakini katika uga wa namna hiyo maji husukumwa nje — kiasi kwamba tone, panzi na chura hubaki wakining’inia hewani.
Juu ya hapo shinikizo la sumaku huraruwa sokoto kutoka ndani. Mbali zaidi hubaki mitambo ya mpigo pekee, ambayo huishi mikrosekunde chache.
Uga wa kifaa huvuta kitu cha sumaku kwa nguvu inayokua kadiri kinavyokaribia, kwa hiyo haiwezekani kukishika: mita ya mwisho mtungi huipita kwa kasi ya gari. Mwaka 2001 huko New York mtungi wa namna hiyo ulimuua mvulana wa miaka sita aliyekuwa amelala ndani ya kifaa. Sumaku haiwezi kuzimwa papo hapo — sokoto la upitishaji mkuu lazima lizimwe kwa kuyeyusha heliamu kimiminika, na kurejesha huchukua siku kadhaa.
Maji ni ya kupinga sumaku kwa unyonge na katika uga mkali usio sawa husukumwa nje. Katika maabara moja ya Uholanzi mwaka 1997, katika uga wa tesla kumi na sita, matone ya maji, panzi na chura waliwezeshwa kuelea — na chura, kwa inavyoonekana, hakupata madhara yoyote. Jaribio hilo lilimletea Andre Geim tuzo ya Ig Nobel ya mwaka 2000, na miaka kumi baadaye mtafiti yuleyule alipata Nobel kwa grafeni.
06 · Kanuni za kuandika
T kubwa — t ndogo ni tani
T kubwa — t ndogo ni tani, na jina katika maandishi ya kawaida huandikwa kwa herufi ndogo: tesla. Wingi haubadiliki: tesla tano, na jina halipati herufi kubwa ingawa linatoka kwa jina la ukoo. T ndogo iliyo kando yake ni tani, kipimo tofauti kabisa.
Alama ya kipimo ni B ya mlazo, ya kizio ni T iliyo wima; alama ya Kirusi ni Тл. Gauss haiko katika SI: viwango vinakataza wazi kutumia vipimo viwili kando kwa kando katika hati moja. Kiambishi mikro kinahitaji mu ya Kigiriki: µT, si uT. Katika tiba nguvu ya uga wa kifaa mara nyingi husemwa bila kipimo chochote — «moja na nusu», «tatu» — lakini katika nyaraka huandikwa kamili.
07 · Vipimo jirani
Tesla ni msongamano wa mtiririko; ukizidishwa kwa eneo hutoa weber, na ukigawanywa kwa konstanti ya sumaku hutoa nguvu kwa ampea kwa mita. Gauss ni kipimo kilekile katika mfumo wa CGS.
mtiririko kupitia mzingo
msongamano wa mtiririko wa sumaku
kipimo kilekile katika CGS
Miongoni mwa karatasi za Simetrium zinazopakana na tesla weba kama mtiririko wa aina ileile, gauss na oersted kutoka mfumo wa CGS, henri s ampea kutoka hesabu za sokoto, na herzi, ambamo masafa ya mwangwi huelezwa.
08 · Sehemu ya kihistoria
Kabla ya tesla uga ulipimwa kwa nini
Nikola Tesla alionyesha kuwa mikondo mitatu iliyohamishwa awamu huunda uga unaozunguka bila sehemu inayosogea. Mota ya uingizaji iliweza bila kigeuza na brashi na ikaufukuza mkondo wa moja kwa moja kutoka viwandani.
Edison alitetea mkondo wa moja kwa moja na hakusita kuua wanyama hadharani kwa mkondo wa kupishana ili kuthibitisha hatari yake. Ubishi ulifungwa na kituo cha Niagara cha mwaka 1895: kupeleka nishati mbali kuliweza mkondo wa kupishana pekee.
Katika maabara iliyokuwa kilomita mbili juu ya usawa wa bahari, Tesla alivuta radi za bandia zenye urefu wa makumi ya mita na kuwasha taa bila waya. Kibadilishaji cha mwangwi kinachobeba jina lake kiliingia katika ufundi na vivyo hivyo katika hadithi za watu.
Kongamano Kuu la kumi na moja — lilelile lililoidhinisha jina «Mfumo wa Kimataifa wa Vipimo» — lilipa msongamano wa mtiririko jina la Tesla. Wakati huo mvumbuzi alikuwa amekufa miaka kumi na saba, na alifariki katika hoteli moja ya New York, akiwa amezama madeni.
Tesla arobaini na tano na nusu ni kikomo kilichofikiwa katika Maabara ya Kitaifa ya Uga wa Sumaku Mkali: kiingizio cha upitishaji mkuu ndani ya sumaku ya ukinzani. Mitambo ya mpigo hutoa hadi tesla elfu, lakini huharibu wakati huohuo sokoto lake lenyewe kwa mikrosekunde.
Kwa nyota za nyutroni zenye uga wa sumaku mkali zaidi, msongamano wa mtiririko hufikia mamia ya gigatesla. Kwa umbali wa kilomita elfu uga kama huo ungefuta kadi yoyote ya benki, na kwa karibu hunyoosha maganda ya elektroni ya atomu kama sigara.
Uga unaoraruwa sokoto lake mwenyewe
Kikomo cha juu cha uga wa sumaku hakiwekwi na uhandisi umeme bali na nguvu ya vitu. Shinikizo la sumaku hukua kama mraba wa msongamano wa mtiririko: kwa tesla moja ni angahewa nne, kwa kumi ni mia nne, kwa hamsini tayari ni elfu kumi, jambo linalozidi nguvu ya shaba. Ndiyo maana sumaku za kudumu zenye nguvu kuliko tesla arobaini na tano haziwezi kuwepo: sokoto lingeraruka kutoka ndani. Mitambo ya mpigo hukwepa katazo hilo kwa muda — uga wa tesla elfu huishi mikrosekunde chache, fupi mno kwa uharibifu kukua, na hata hivyo kila baada ya kupiga ni lazima kubadilisha kikoili. Tesla yenyewe hupimwa kwa usahihi zaidi kupitia masafa: protoni katika uga huzunguka kwa megahertz 42.577 kwa kila tesla, na viwango vya kitaifa vya msongamano wa mtiririko kwa msingi ni vihesabu masafa vyenye chupa ndogo ya maji. Uwiano wa sumaku-mzunguko wa protoni wenyewe unajulikana hadi tarakimu ya kumi na moja, hivyo kutokuwa na uhakika wa kipimo cha uga hakuamuliwi na fizikia bali na usawa wa sumaku.
Orodha · vipimo
Karatasi kwa kila kipimo
Vipimo saba vya msingi vya SI, vipimo ishirini na viwili vitokanavyo vyenye majina yake, na vipimo vya nje ya mfumo ambavyo bila hivyo ufundi wala maisha ya kila siku havipiti. Kila kimoja kina ukurasa wake: ufafanuzi, kubadilisha, vifaa, kanuni za kuandika. Katika lugha 36.
Vipimo vitokanavyo vya SI vyenye jina lake
karatasi ya tesla imefunguliwaVipimo vya msingi vya SI
kwa rangi ya udongo wa kuchoma — vipimo vitatu vinavyounda teslaMsongamano wa mtiririko wa sumaku katika mifumo mingine
Lugha ya karatasi
Lugha 36. Alama T ni ya kimataifa, lakini mazoea ya kupima kwa gauss yamedumu bila usawa: katika maandishi ya Kirusi, Kijapani na Kichina kuhusu vitu vya sumaku, vipimo vya CGS bado hukutwa hadi leo.