Tesla
Türetilmiş SI birimi · büyüklük: manyetik akı yoğunluğu
01 · Tanım
Tesla, bir weberlik akının bir metrekarelik alandan geçtiği manyetik akı yoğunluğudur. Kuvvet üzerinden eşdeğer tanım: bir teslalık alanda bir metre uzunluğunda ve bir amper akım taşıyan bir iletken bir newtonluk kuvvet duyar.
Birim ev ölçüsüne göre büyük, astrofizik ölçüsüne göre küçük çıktı. Yerin alanı elli mikrotesla, okul mıknatısı onda birler verir, neodim disk yüzeyinde biri aşar; ötesinde teknik başlar, orada birlerle ve onlarla sayılır. Büyüklüğün genel olarak kullanıldığı aralık yirmi üç mertebeyi kapsar: çalışan bir beynin manyetik alanının femtoteslasından bir magnetarın yüzeyindeki yüzlerce gigateslaya, ki orada alan atomların elektron kabuklarını çarpıtır ve boşluk boş olmaktan çıkar.
Yüz yirmi derece kaydırılmış ve aynı faz farkına sahip akımlarla beslenen üç sargı, uzayda tek bir hareketli parça olmadan dönen bir alan yaratır. Asenkron motorun rotoru ne kollektöre ne fırçaya gerek duyar: alan onda akımlar indükler ve onu peşinden sürükler. 1888 patenti bütün sanayi alternatif akım elektrotekniğinin temeli oldu ve bugün bile dünyadaki tüm elektriğin yaklaşık yarısını tam da böyle motorlar tüketiyor.
02 · Dönüşüm
Bir akı yoğunluğu girin — künye onu birimlere ayırsın
Gauss başka hiçbir CGS biriminin tutunmadığı kadar inatla tutunur: jeofizik, manyetik malzemeler ve plazma fiziği onu bugün de kullanır. Bir tesla tam on bin gaustur, katsayı kesindir, bu yüzden çevirme her zaman kolaydır. Gama jeofizikçilerin birimidir, nanotesla ile eşit: cevher ararken manyetik anomaliler onunla ölçülür.
Tesla akı yoğunluğu B’yi ölçer, metre başına amper ise şiddet H’yi. Boşlukta manyetik sabit üzerinden orantılıdırlar; demirde binlerce kat ayrılırlar: çelik alanı güçlendirir, hesap ise H üzerinden yürütülür. Bu bağıntı doğrusal değildir, histerezis çevrimi vardır, bu yüzden tablodaki «A/m» ve «oersted» satırları yalnızca boşluk ve hava için geçerlidir.
| Birim | Ad | Değer | Nerede karşılaşılır |
|---|---|---|---|
| T | tesla, SI birimi | 1 | bu künyenin başlangıç birimi |
| mT | militesla | 1000 | ev ölçeğinde bir büyüklük: teslanın yüzde birleri |
| µT | mikrotesla | 1000000 | yer manyetizması burada yaşar |
| nT | nanotesla | 10⁹ | aynı gama, yalnızca SI’de |
| fT | femtotesla | 10¹⁵ | ölçülebilirin alt kenarı |
| Wb/m² | metrekare başına weber | 1 | aynı şey başka sözcüklerle: tesla, metrekare başına weberdir |
| A/m | şiddet H | 795775 | satır yalnızca boşluk ve hava için geçerli |
| G | gauss, CGS | 10000 | bir teslada tam on bin — katsayı kesin |
| kG | kilogauss | 10 | laboratuvar alanları için elverişli bir kat |
| γ | gama | 10⁹ | gaussun yüz binde biri, nanotesla ile aynı |
| Oe | oersted | 10000 | boşlukta gaussa sayıca eşit — karışıklık buradan |
| T | tesla | 1 | bu künyenin başlangıç birimi |
Tesla akı yoğunluğudur: alanla çarpın, weberi alırsınız; manyetik sabite bölün, metre başına amper cinsinden şiddeti alırsınız
03 · Büyüklük mertebeleri
yirmi üç mertebe: beyinden magnetaraBir tesla: güçlü bir elektrik motorunun hava aralığı
04 · Ölçüm aletleri
Manyetik akı yoğunluğu neyle ölçülür
İnce bir yarıiletken plakadaki akım alanla saptırılır ve yan yüzeylerinde akı yoğunluğuyla orantılı bir gerilim belirir. Ucuz, küçük, sıfırdan onlarca teslaya dek çalışır — bu yüzden her fırçasız motorda ve her tekerlek devir algılayıcısında bulunur.
Çekirdek alternatif akımla doyuma sürülür ve tepkinin bakışımsızlığı izlenir: dış alan çevrimi kaydırır ve ikincil sargıda ikinci harmonik belirir. Jeofiziğin ve uzay araçlarının başlıca aleti, pikoteslaya dek duyarlı.
Bir su örneğindeki protonlar alanla tam orantılı bir frekansla presesyon yapar: tesla başına 42,58 megahertz. Ölçüm bir frekans ölçümüne indirgenir, frekansı ise en iyi ölçmeyi biliriz — buradan milyonda bir doğruluk ve başvuru yöntemi olma rolü.
Süperiletken bir girişimölçer manyetik akı kuantumlarını sayar ve femtoteslayı ayırt eder — yerin alanından bir milyar kat az. Yalnızca kriyostatta ve ekranlı odada çalışır, buna karşılık beynin manyetik alanının kaydedilmesine izin verir.
05 · Tesla iş başında
Hangi alan nerede ve nesi tehlikeli
Elli mikrotesla yerin alanıdır; onun on katı, yarım militesla, MR odasına kalp pili taşıyanların alınmadığı çizgidir. Yere boyanır.
Cihazın olağan gücü. Bu alanda çelik bir nesne artık elle tutulmaz: çekim, insanın parmaklarını açmasından hızlı büyür.
Suyun diyamanyetizması zayıftır, ama böyle bir alanda dışarı itilir — bir damlanın, bir çekirgenin ve bir kurbağanın havada asılı kalacağı kadar.
Bunun üstünde manyetik basınç sargıyı içeriden yırtar. Daha ötede yalnızca mikrosaniyeler yaşayan darbeli düzenekler kalır.
Bir cihazın alanı ferromanyetik nesneyi yaklaştıkça büyüyen bir kuvvetle içeri çeker, bu yüzden onu tutmak olanaksızdır: son metreyi tüp bir otomobil hızıyla alır. 2001’de New York’ta böyle bir tüp cihazda yatan altı yaşındaki bir çocuğu öldürdü. Mıknatısı anında kapatmak mümkün değil — süperiletken sargı sıvı helyum buharlaştırılarak söndürülmeli ve onarım günler alır.
Su zayıf diyamanyetiktir ve güçlü, türdeş olmayan bir alanda dışarı itilir. Bir Hollanda laboratuvarında 1997’de on altı teslalık alanda su damlaları, bir çekirge ve bir kurbağa havada asılı bırakıldı — kurbağa, görünüşe göre, hiçbir zarar görmedi. Deney Andre Geim’e 2000 yılının Ig Nobel ödülünü getirdi, on yıl sonra aynı araştırmacı grafen için Nobel aldı.
06 · Yazım kuralları
T büyük — küçük t tondur
T büyük — küçük t tondur, adı ise akan metinde küçük harfle yazılır: tesla. Çoğul değişmez: beş tesla, ve ad bir soyadından geldiği hâlde büyük harf almaz. Yanındaki küçük t tondur, bambaşka bir büyüklük.
Büyüklüğün simgesi eğik B, birimin dik T’dir; Rusça simge Тл. Gauss SI’ye ait değildir: standartlar iki birimi aynı belgede yan yana kullanmayı açıkça yasaklar. Mikro öneki Yunan müsünü ister: µT, uT değil. Tıpta bir cihazın alan gücü çoğunlukla hiç birimsiz verilir — «bir buçukluk», «üçlük» — ama belgelerde tam yazılır.
07 · Komşu birimler
Tesla akı yoğunluğudur; alanla çarpıldığında weberi, manyetik sabite bölündüğünde metre başına amper cinsinden şiddeti verir. Gauss, CGS dizgesindeki aynı büyüklüktür.
Simetrium’un künyelerinden teslaya komşu olanlar weber aynı doğadan bir akı olarak, gauss ve oersted CGS dizgesinden, henry s amper sargı hesabından ve hertz, rezonans frekansının kendisiyle ifade edildiği birim.
08 · Tarihsel bölüm
Teslâdan önce alan neyle ölçülürdü
Nikola Tesla, faz farklı üç akımın hareketli parça olmadan dönen bir alan yarattığını gösterdi. Asenkron motor kollektörsüz ve fırçasız iş gördü ve doğru akımı sanayiden kovdu.
Edison doğru akımı savundu ve tehlikesini kanıtlamak için hayvanları alternatif akımla herkesin önünde idam etmekten çekinmedi. Tartışmayı 1895 Niagara santralı kapattı: enerjiyi uzağa taşımayı yalnızca alternatif akım biliyordu.
Deniz seviyesinden iki kilometre yükseklikteki bir laboratuvarda Tesla onlarca metre uzunluğunda yapay şimşekler çekti ve telsiz lambalar yaktı. Adını taşıyan rezonans transformatörü hem tekniğe hem de halk anlatılarına geçti.
On birinci Genel Konferans, «Uluslararası Birim Sistemi» adının kendisini onaylayan aynı konferans, akı yoğunluğuna Tesla’nın adını verdi. O sırada mucit on yedi yıldır ölüydü ve bir New York otelinde, borç içinde ölmüştü.
Kırk beş buçuk tesla, Güçlü Manyetik Alanlar Ulusal Laboratuvarı’nda ulaşılan sınırdır: dirençli bir mıknatısın içinde süperiletken bir ek. Darbeli düzenekler bin teslaya dek verir, ama bu arada kendi sargılarını mikrosaniyelerde yok eder.
En güçlü manyetik alanlı nötron yıldızlarında akı yoğunluğu yüzlerce gigateslaya ulaşır. Bin kilometre uzaktan böyle bir alan herhangi bir banka kartını silerdi, yakından ise atomların elektron kabuklarını puro gibi gerer.
Kendi sargısını yırtan alan
Manyetik alanın üst sınırını elektroteknik değil, malzemelerin dayanımı koyar. Manyetik basınç akı yoğunluğunun karesiyle büyür: bir teslada dört atmosfer, onda dört yüz, ellide bine on bin eder ki bu bakırın dayanımını aşar. Bu yüzden kırk beş tesladan güçlü kalıcı mıknatıslar var olamaz: sargı içeriden yırtılır. Darbeli düzenekler yasağı zamanla aşar — bin teslalık alan mikrosaniyeler yaşar, yıkımın gelişmesine yetmeyecek kadar kısa, ve bobin yine de her atıştan sonra değiştirilmek zorundadır. Teslanın kendisi en doğru biçimde frekansla ölçülür: bir proton alanda tesla başına 42,577 megahertzle presesyon yapar ve ulusal akı yoğunluğu ölçütleri özünde bir su ampulüyle çalışan frekansölçerlerdir. Protonun jiromanyetik oranı on bir haneye dek bilinir, öyle ki bir alan ölçümünün belirsizliğini fizik değil, mıknatısın türdeşliği belirler.
Katalog · ölçü birimleri
Her büyüklük için bir künye
Yedi temel SI birimi, kendi adı olan yirmi iki türetilmiş birim ve ne tekniğin ne de günlük yaşamın onsuz edemediği sistem dışı birimler. Her birinin kendi sayfası var: tanım, dönüşüm, aletler, yazım kuralları. 31 dilde.
Kendi adı olan türetilmiş SI birimleri
tesla künyesi açıkTemel SI birimleri
kiremit renginde — teslayı kuran üç birimBaşka dizgelerde manyetik akı yoğunluğu
Künyenin dili
31 dil. Wb simgesi uluslararasıdır, ama gauss ile ölçme alışkanlığı eşit tutmuyor: manyetik malzemelere dair Rusça, Japonca ve Çince yazında CGS birimleri bugün de karşımıza çıkıyor.