เทสลา
หน่วยอนุพัทธ์ของ SI · ปริมาณ: ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก
01 · นิยาม
เทสลาคือความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กที่ฟลักซ์หนึ่งเวเบอร์ผ่านพื้นที่หนึ่งตารางเมตร นิยามที่เท่าเทียมกันผ่านแรง: ในสนามหนึ่งเทสลา ตัวนำยาวหนึ่งเมตรที่มีกระแสหนึ่งแอมแปร์จะได้รับแรงหนึ่งนิวตัน
หน่วยนี้ออกมาใหญ่เมื่อวัดด้วยไม้บรรทัดในบ้าน และเล็กเมื่อวัดด้วยไม้บรรทัดทางดาราศาสตร์ สนามของโลกคือห้าสิบไมโครเทสลา แม่เหล็กในโรงเรียนให้หนึ่งในสิบ แผ่นนีโอดิเมียมที่ผิวของมันเกินหนึ่ง ถัดจากนั้นคือแดนของงานช่างซึ่งนับกันเป็นหน่วยและสิบ ช่วงที่ปริมาณนี้ถูกใช้จริงกินยี่สิบสามอันดับ: จากเฟมโตเทสลาของสนามแม่เหล็กของสมองที่กำลังทำงาน ไปจนถึงหลายร้อยกิกะเทสลาที่ผิวของแมกนีทาร์ ที่นั่นสนามบิดเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม และสุญญากาศก็เลิกเป็นความว่างเปล่า
ขดลวดสามชุดที่เหลื่อมกันหนึ่งร้อยยี่สิบองศาและป้อนด้วยกระแสที่เหลื่อมเฟสเท่ากัน สร้างสนามที่หมุนไปในอวกาศโดยไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่แม้ชิ้นเดียว โรเตอร์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำไม่ต้องมีคอมมิวเตเตอร์หรือแปรงถ่าน: สนามเหนี่ยวนำกระแสในนั้นและลากมันไปด้วย สิทธิบัตรปี 1888 กลายเป็นรากฐานของวิศวกรรมไฟฟ้ากระแสสลับทางอุตสาหกรรมทั้งหมด และจนถึงวันนี้ราวครึ่งหนึ่งของไฟฟ้าทั้งโลกถูกใช้โดยมอเตอร์แบบนี้เอง
02 · การแปลงหน่วย
ใส่ความหนาแน่นฟลักซ์ — แผ่นข้อมูลจะแยกออกเป็นหน่วยให้
เกาส์ยืนหยัดดื้อกว่าหน่วย CGS อื่นใด: ธรณีฟิสิกส์ วัสดุแม่เหล็ก และฟิสิกส์พลาสมายังใช้อยู่จนวันนี้ หนึ่งเทสลาเท่ากับหมื่นเกาส์พอดี สัมประสิทธิ์เป็นค่าตรง การแปลงจึงง่ายเสมอ แกมมาเป็นหน่วยของนักธรณีฟิสิกส์ เท่ากับนาโนเทสลา: ใช้วัดความผิดปกติทางแม่เหล็กเวลาหาแร่
เทสลาวัดความหนาแน่นฟลักซ์ B แอมแปร์ต่อเมตรวัดความเข้ม H ในสุญญากาศทั้งสองแปรตามกันผ่านค่าคงตัวแม่เหล็ก แต่ในเหล็กต่างกันเป็นพันเท่า: เหล็กกล้าเสริมสนาม ขณะที่การคำนวณทำด้วย H ความสัมพันธ์นี้ไม่เป็นเชิงเส้น มีวงฮิสเทอรีซิส แถว «A/m» และ «เออร์สเตด» ในตารางจึงใช้ได้เฉพาะกับสุญญากาศและอากาศ
| หน่วย | ชื่อ | ค่า | พบที่ใด |
|---|---|---|---|
| T | เทสลา, หน่วย SI | 1 | หน่วยตั้งต้นของแผ่นข้อมูลนี้ |
| mT | มิลลิเทสลา | 1000 | ปริมาณระดับบ้าน: เศษหนึ่งส่วนร้อยของเทสลา |
| µT | ไมโครเทสลา | 1000000 | ที่นี่คือถิ่นของแม่เหล็กโลก |
| nT | นาโนเทสลา | 10⁹ | แกมมาเดียวกัน เพียงแต่อยู่ใน SI |
| fT | เฟมโตเทสลา | 10¹⁵ | ขอบล่างของสิ่งที่วัดได้ |
| Wb/m² | เวเบอร์ต่อตารางเมตร | 1 | เรื่องเดียวกันในอีกถ้อยคำ: เทสลาคือเวเบอร์ต่อตารางเมตร |
| A/m | ความเข้ม H | 795775 | แถวนี้ใช้ได้เฉพาะกับสุญญากาศและอากาศ |
| G | เกาส์, CGS | 10000 | หนึ่งหมื่นพอดีในหนึ่งเทสลา — สัมประสิทธิ์เป็นค่าตรง |
| kG | กิโลเกาส์ | 10 | พหุคูณที่สะดวกสำหรับสนามในห้องทดลอง |
| γ | แกมมา | 10⁹ | หนึ่งในแสนของเกาส์ เท่ากับนาโนเทสลา |
| Oe | เออร์สเตด | 10000 | มีค่าตัวเลขเท่าเกาส์ในสุญญากาศ — ความสับสนมาจากตรงนี้ |
| T | เทสลา | 1 | หน่วยตั้งต้นของแผ่นข้อมูลนี้ |
เทสลาคือความหนาแน่นฟลักซ์: คูณด้วยพื้นที่ได้เวเบอร์ หารด้วยค่าคงตัวแม่เหล็กได้ความเข้มเป็นแอมแปร์ต่อเมตร
03 · อันดับของขนาด
ยี่สิบสามอันดับ: จากสมองถึงแมกนีทาร์หนึ่งเทสลา: ช่องอากาศของมอเตอร์ไฟฟ้ากำลังสูง
04 · เครื่องมือวัด
วัดความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กด้วยอะไร
กระแสในแผ่นสารกึ่งตัวนำบาง ๆ ถูกสนามเบนไป และที่ผิวข้างของมันก็ปรากฏแรงดันที่แปรตามความหนาแน่นฟลักซ์ ราคาถูก เล็ก ทำงานตั้งแต่ศูนย์ถึงหลายสิบเทสลา — จึงอยู่ในมอเตอร์ไร้แปรงถ่านทุกตัวและในตัวรับรู้ความเร็วล้อทุกตัว
ขับแกนเข้าสู่การอิ่มตัวด้วยไฟสลับแล้วเฝ้าดูความไม่สมมาตรของการตอบสนอง: สนามภายนอกเลื่อนวงรอบ และในขดลวดทุติยภูมิก็ปรากฏฮาร์มอนิกที่สอง เป็นเครื่องมือหลักของธรณีฟิสิกส์และยานอวกาศ ไวถึงระดับพิโคเทสลา
โปรตอนในตัวอย่างน้ำส่ายด้วยความถี่ที่แปรตามสนามอย่างเคร่งครัด: 42.58 เมกะเฮิรตซ์ต่อเทสลา การวัดจึงย่อลงเหลือการวัดความถี่ และความถี่คือสิ่งที่เราวัดได้ดีที่สุด — จากตรงนี้จึงได้ความแม่นระดับหนึ่งในล้านและบทบาทของวิธีอ้างอิง
อินเทอร์ฟีรอมิเตอร์ตัวนำยวดยิ่งนับควอนตัมของฟลักซ์แม่เหล็กและแยกแยะเฟมโตเทสลาได้ — เล็กกว่าสนามของโลกพันล้านเท่า ทำงานได้เฉพาะในไครโอสแตตและในห้องที่มีการกำบัง แต่ทำให้บันทึกสนามแม่เหล็กของสมองได้
05 · เทสลาในการทำงาน
สนามไหนอยู่ที่ใดและอันตรายตรงไหน
ห้าสิบไมโครเทสลาคือสนามของโลก สิบเท่าของมันคือครึ่งมิลลิเทสลา ซึ่งเป็นเส้นที่ห้ามผู้มีเครื่องกระตุ้นหัวใจข้ามเข้าไปในห้องเอ็มอาร์ไอ วาดไว้บนพื้น
ความแรงตามปกติของเครื่อง ในสนามนี้จับวัตถุเหล็กด้วยมือไม่อยู่แล้ว: แรงดึงดูดโตเร็วกว่าที่คนจะแบมือทัน
ไดอาแมกเนติกของน้ำนั้นอ่อน แต่ในสนามเช่นนี้น้ำถูกผลักออกด้านนอก — มากพอที่หยดน้ำ ตั๊กแตน และกบจะลอยค้างอยู่ในอากาศ
เหนือกว่านั้นความดันแม่เหล็กจะฉีกขดลวดจากข้างใน ไกลออกไปเหลือเพียงเครื่องแบบพัลส์ ซึ่งมีชีวิตอยู่ไม่กี่ไมโครวินาที
สนามของเครื่องสแกนดึงวัตถุเฟร์โรแมกเนติกเข้าไปด้วยแรงที่โตขึ้นเมื่อเข้าใกล้ จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะยึดไว้: เมตรสุดท้ายถังเดินทางด้วยความเร็วรถยนต์ ปี 2001 ที่นิวยอร์ก ถังเช่นนี้ฆ่าเด็กชายวัยหกขวบที่นอนอยู่ในเครื่อง ปิดแม่เหล็กทันทีไม่ได้ — ต้องดับขดลวดตัวนำยวดยิ่งด้วยการระเหยฮีเลียมเหลว และการกู้คืนกินเวลาหลายวัน
น้ำเป็นไดอาแมกเนติกอ่อน ๆ และในสนามแรงที่ไม่สม่ำเสมอจะถูกผลักออกด้านนอก ในห้องทดลองของเนเธอร์แลนด์เมื่อปี 1997 สนามสิบหกเทสลาทำให้หยดน้ำ ตั๊กแตน และกบลอยขึ้น — ดูเหมือนกบไม่ได้รับอันตรายใด ๆ การทดลองนี้ทำให้อันเดร ไกม์ได้รางวัลอิกโนเบลปี 2000 และอีกสิบปีต่อมานักวิจัยคนเดียวกันได้รางวัลโนเบลจากกราฟีน
06 · กฎการเขียน
T ตัวใหญ่ — t ตัวเล็กคือตัน
T ตัวใหญ่ — t ตัวเล็กคือตัน และชื่อในเนื้อความเขียนด้วยตัวเล็ก: เทสลา รูปพหูพจน์ไม่เปลี่ยน: ห้าเทสลา และชื่อไม่ขึ้นตัวใหญ่แม้จะมาจากนามสกุล ส่วน t ตัวเล็กที่อยู่ข้าง ๆ คือตัน ปริมาณคนละอย่างโดยสิ้นเชิง
สัญลักษณ์ของปริมาณคือ B ตัวเอน ของหน่วยคือ T ตัวตรง สัญลักษณ์ภาษารัสเซียคือ Тл เกาส์ไม่อยู่ใน SI: มาตรฐานห้ามใช้สองหน่วยเคียงกันในเอกสารเดียวไว้ชัดเจน คำอุปสรรคไมโครต้องใช้มิวกรีก: µT ไม่ใช่ uT ในทางการแพทย์มักบอกความแรงสนามของเครื่องโดยไม่มีหน่วยเลย — «หนึ่งจุดห้า» «สาม» — แต่ในเอกสารต้องเขียนเต็ม
07 · หน่วยข้างเคียง
เทสลาคือความหนาแน่นฟลักซ์ คูณด้วยพื้นที่ได้เวเบอร์ และหารด้วยค่าคงตัวแม่เหล็กได้ความเข้มเป็นแอมแปร์ต่อเมตร เกาส์คือปริมาณเดียวกันในระบบ CGS
ใน แผ่นข้อมูลของ Simetrium สิ่งที่อยู่ติดกับเทสลาคือ เวเบอร์ ในฐานะฟลักซ์ชนิดเดียวกัน, เกาส์ และ เออร์สเตด จากระบบ CGS, เฮนรี s แอมแปร์ จากการคำนวณขดลวด และ เฮิรตซ์ ซึ่งใช้บอกความถี่ของการสั่นพ้อง
08 · ภาคประวัติ
ก่อนมีเทสลา วัดสนามด้วยอะไร
นิโคลา เทสลาแสดงให้เห็นว่ากระแสสามเฟสที่เหลื่อมกันสร้างสนามที่หมุนได้โดยไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ มอเตอร์เหนี่ยวนำจึงอยู่ได้โดยไม่ต้องมีคอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่าน และขับไฟตรงออกจากอุตสาหกรรม
เอดิสันปกป้องไฟตรงและไม่รังเกียจที่จะประหารสัตว์ต่อหน้าสาธารณะด้วยไฟสลับเพื่อพิสูจน์ว่ามันอันตราย ข้อพิพาทถูกปิดโดยโรงไฟฟ้าไนแอการาปี 1895: สิ่งที่ส่งพลังงานไปไกลได้มีแต่ไฟสลับเท่านั้น
ในห้องทดลองสูงสองกิโลเมตรเหนือระดับน้ำทะเล เทสลาชักฟ้าผ่าเทียมยาวหลายสิบเมตรและจุดหลอดไฟโดยไม่ใช้สาย หม้อแปลงสั่นพ้องที่ใช้ชื่อของเขาเข้าสู่งานช่างและเข้าสู่เรื่องเล่าพื้นบ้านพอ ๆ กัน
การประชุมใหญ่ครั้งที่สิบเอ็ด — การประชุมเดียวกับที่รับรองชื่อ «ระบบหน่วยระหว่างประเทศ» — ให้ชื่อของเทสลาแก่ความหนาแน่นฟลักซ์ ตอนนั้นนักประดิษฐ์ตายไปแล้วสิบเจ็ดปี และเขาตายในโรงแรมแห่งหนึ่งในนิวยอร์ก ท่ามกลางหนี้สิน
สี่สิบห้าจุดห้าเทสลาคือขีดที่ไปถึงในห้องปฏิบัติการสนามแม่เหล็กสูงแห่งชาติ: แกนตัวนำยวดยิ่งสอดอยู่ในแม่เหล็กแบบต้านทาน เครื่องแบบพัลส์ให้ได้ถึงพันเทสลา แต่ก็ทำลายขดลวดของตัวเองในไม่กี่ไมโครวินาที
ในดาวนิวตรอนที่มีสนามแม่เหล็กแรงที่สุด ความหนาแน่นฟลักซ์ไปถึงหลายร้อยกิกะเทสลา ที่ระยะพันกิโลเมตรสนามเช่นนี้ก็ลบบัตรธนาคารใบใดก็ได้ และเมื่ออยู่ใกล้มันยืดเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมให้เป็นซิการ์
สนามที่ฉีกขดลวดของตัวเอง
ขีดบนของสนามแม่เหล็กไม่ได้กำหนดโดยวิศวกรรมไฟฟ้า แต่โดยความแข็งแรงของวัสดุ ความดันแม่เหล็กโตตามกำลังสองของความหนาแน่นฟลักซ์: ที่หนึ่งเทสลาเท่ากับสี่บรรยากาศ ที่สิบเป็นสี่ร้อย ที่ห้าสิบก็หมื่นแล้ว ซึ่งเกินความแข็งแรงของทองแดง ด้วยเหตุนี้แม่เหล็กถาวรที่แรงกว่าสี่สิบห้าเทสลาจึงมีอยู่ไม่ได้: ขดลวดจะถูกฉีกจากข้างใน เครื่องแบบพัลส์เลี่ยงข้อห้ามนี้ด้วยเวลา — สนามพันเทสลามีชีวิตอยู่ไม่กี่ไมโครวินาที สั้นเกินกว่าที่ความพินาศจะก่อตัวได้ แต่ก็ยังต้องเปลี่ยนขดลวดหลังการยิงทุกครั้ง ส่วนตัวเทสลาเองวัดได้แม่นที่สุดผ่านความถี่: โปรตอนในสนามส่ายด้วย 42.577 เมกะเฮิรตซ์ต่อเทสลา และมาตรฐานความหนาแน่นฟลักซ์ของแต่ละประเทศแท้จริงคือเครื่องนับความถี่ที่มีหลอดน้ำอยู่ด้วย อัตราส่วนไจโรแมกเนติกของโปรตอนเองรู้ถึงหลักที่สิบเอ็ด ความไม่แน่นอนของการวัดสนามจึงไม่ได้กำหนดโดยฟิสิกส์ แต่โดยความสม่ำเสมอของแม่เหล็ก
สารบัญ · หน่วยวัด
แผ่นข้อมูลสำหรับทุกปริมาณ
หน่วยฐานเอสไอเจ็ดหน่วย หน่วยอนุพัทธ์ที่มีชื่อเฉพาะยี่สิบสองหน่วย และหน่วยนอกระบบที่ทั้งงานช่างและชีวิตประจำวันขาดไม่ได้ แต่ละหน่วยมีแผ่นของตน คือ นิยาม การแปลงหน่วย เครื่องมือ และกฎการเขียน ใน 31 ภาษา
หน่วยอนุพัทธ์เอสไอที่มีชื่อเฉพาะ
แผ่นข้อมูลของเทสลาเปิดอยู่หน่วยฐานเอสไอ
สีดินเผาคือสามหน่วยที่ประกอบกันเป็นเทสลาความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กในระบบอื่น
ภาษาของแผ่นข้อมูล
31 ภาษา สัญลักษณ์ T เป็นสากล แต่ความเคยชินที่จะวัดเป็นเกาส์ยังคงอยู่ไม่เท่ากัน: ในเอกสารภาษารัสเซีย ญี่ปุ่น และจีนว่าด้วยวัสดุแม่เหล็ก ยังพบหน่วย CGS จนถึงทุกวันนี้