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SI 基礎 2019 · 二十三個數量級
RU 31 種語言
Symbol plate SI-D-12 T 大寫、正體別與噸 t 弄混
單位檔案 SI 導出 · 磁感應強度 第 1 / 1 頁 · 修訂 2026-08

特斯拉

SI 導出單位 · 量:磁感應強度

符號 T · Тл
用 SI 單位表示 Wb/m² = V·s/m²
經由基本單位 kg·s⁻²·A⁻¹
以誰命名 Nikola Tesla, 1856–1943
名稱確定 CGPM, 1960
已完成譯本 31 / 36
換算成高斯和伽馬 特斯拉對鐵做了什麼
10⁻¹⁵
大腦的磁場,T
50 µT
地球磁場
45.5 T
穩恆紀錄
10¹¹
磁星,T
01 · 定義

特斯拉就是這樣的磁感應強度:一韋伯的磁通穿過一平方米的面積。透過力的等價定義:在一特斯拉的磁場裡,一米長、通一安培電流的導體受到一牛頓的力。

這個單位按家常尺度算大了,按天體物理尺度又小了。地球磁場是五十微特斯拉,學校用的磁鐵給零點幾,釹磁片貼著表面就超過一;再往上就是技術的地界,那裡按個位和十位數。這個量真正用得上的範圍橫跨二十三個數量級:從工作中大腦磁場的飛特斯拉,到磁星表面的幾百吉特斯拉——那裡磁場把原子的電子殼層扭歪,真空也不再是空的。

形式上
1 T = 1 Wb1 m² = 1 N1 A·m    F = BIl    B = μ₀μrNIl一特斯拉等於每平方米一韋伯,也等於每安培米一牛頓;作用在導體上的力等於磁感應強度乘電流乘長度;螺線管的磁場與匝數和電流成正比
第二式是透過力的定義,第三式是繞組的磁場
10⁴
一特斯拉中的高斯
2.1
特斯拉——鐵的飽和
40 t
1 T 時每 m² 的壓力
螺線管:匝數、電流、鐵芯 1.26 mT
磁力線向外走 繞組裡的電流 內部均勻 色帶——磁感應強度按對數
匝/m 電流
1.26 mT
內部的磁感應強度
1.26 mN
作用在 1 A·m 導體上的力
0.6283 Pa
磁壓
零點幾特斯拉——普通電機和揚聲器的工作範圍。釹磁鐵在不遠處就給這麼多,氣隙裡的鋼也是,離飽和還遠。
磁場隨距離按立方衰減 17.8 mT
磁鐵 20 cm 磁感應強度按對數 距離
17.8 mT
這個距離上的磁感應強度
357
相對地球磁場
貼著表面,釹磁片能給幾百毫特斯拉甚至更多。手指夾在兩塊這樣的磁鐵之間,骨頭就斷了:力增長得比人抽回手還快。
磁場拖著轉子走
特斯拉憑它掙得這個單位的發明

三組相隔一百二十度、由同樣相移的電流供電的繞組,造出一個在空間裡旋轉、卻沒有一個運動部件的磁場。非同步電動機的轉子既不需要換向器也不需要電刷:磁場在它裡面感應出電流,拖著它一起走。1888 年的專利成了整個工業交流電技術的根基,直到今天,全世界大約一半的電都由這類電機消耗。

02 · 換算

輸入磁感應強度——檔案會把它按單位拆開

高斯比任何別的 CGS 單位都守得更頑固:地球物理、磁性材料和等離子體物理至今還在用它。一特斯拉正好是一萬高斯,係數是精確的,所以換算總是簡單。伽馬是地球物理學家的單位,等於納特斯拉:找礦時就用它來量磁異常。

B——磁感應強度,T H——磁場強度,A/m

特斯拉量的是磁感應強度 B,安培每米量的是磁場強度 H。在真空中二者透過磁常數成正比;在鐵裡卻相差上千倍:鋼會加強磁場,而計算卻用 H 來做。這個關係不是線性的,帶磁滯回線,所以表裡「A/m」和「奧斯特」兩行只對真空和空氣有效。

換算表
1 T = 1 T
單位名稱數值常見於何處
T 特斯拉,SI 單位 1 本檔案的出發單位
mT 毫特斯拉 1000 家常的量:百分之幾特斯拉
µT 微特斯拉 1000000 地磁就住在這裡
nT 納特斯拉 10⁹ 同樣的伽馬,只是在 SI 裡
fT 飛特斯拉 10¹⁵ 可測量的下邊界
Wb/m² 每平方米韋伯 1 換句話說是同一回事:特斯拉就是每平方米韋伯
A/m 磁場強度 H 795775 這一行只對真空和空氣有效
Gs 高斯,CGS 10000 一特斯拉中正好一萬——係數是精確的
kGs 千高斯 10 便於實驗室磁場計算的整齊倍數
γ 伽馬 10⁹ 十萬分之一高斯,跟納特斯拉一樣
Oe 奧斯特 10000 在真空中數值等於高斯——混淆由此而來
T 特斯拉 1 本檔案的出發單位
磁壓
3.93 atm
核磁共振裡的質子頻率
42.6 MHz
這樣的磁場在哪裡
一臺掃描器

特斯拉是磁通密度:乘以面積得到韋伯,除以磁常數得到以安培每米計的磁場強度

03 · 數量級
二十三個數量級:從大腦到磁星

一特斯拉:大功率電動機的氣隙

1 T
以高斯計: 10000 · 一臺掃描器
fT
pT
nT
µT
mT
T
kT
MT
GT
04 · 測量儀器

用什麼測量磁感應強度

霍爾感測器 · 磁通門 · 核磁共振磁強計 · SQUID
一個橫向電壓
霍爾感測器

薄半導體片裡的電流被磁場偏轉,片子的側面就出現與磁感應強度成正比的電壓。便宜、小巧,從零工作到幾十特斯拉——所以每臺無刷電機、每個輪速感測器裡都有它。

飽和中的鐵芯
磁通門

用交變電流把鐵芯推進飽和,再盯著響應的不對稱:外磁場把磁滯回線推移,次級繞組裡就出現二次諧波。地球物理和航天器的主力儀器,靈敏到皮特斯拉。

質子的進動頻率
核磁共振磁強計

水樣裡的質子以嚴格正比於磁場的頻率進動:每特斯拉 42.58 兆赫。測量就歸結為測一個頻率,而頻率是我們最擅長測的——由此得到百萬分之一的準確度和標準方法的地位。

遮蔽裡的飛特斯拉
SQUID

超導干涉儀數著磁通量子,能分辨飛特斯拉——比地球磁場小十億倍。它只在低溫恆溫器和遮蔽室裡工作,卻能把大腦的磁場記錄下來。

05 · 特斯拉在工作

哪裡是什麼磁場,危險在哪

0.5 mT 的線 · 拋射效應 · 懸浮
0.5 mT 安全線
掃描器區域的界線

五十微特斯拉是地球磁場;十倍於它、也就是半毫特斯拉,是這樣一條線:越過它,裝了心臟起搏器的人就不許進磁共振室。這條線畫在地板上。

3 T 拋射效應
臨床掃描器的磁場

機器的常規強度。在這個磁場裡,鋼製物件已經拿不住了:吸力增長得比人鬆開手指還快。

16 T 懸浮
水對磁鐵變得可見

水的抗磁性很弱,可在這樣的磁場裡它會被推向外面——推到一滴水、一隻蚱蜢和一隻青蛙懸在空中。

45.5 T 穩恆磁場的極限
連續磁場的紀錄

再往上,磁壓就會把繞組從內部撕開。更遠處只剩下脈衝裝置,它們只活微秒。

拋射效應:掃描器門口的氧氣鋼瓶
鋼瓶 磁鐵 磁力線

掃描器的磁場吸引鐵磁物體的力隨靠近而增大,所以根本抓不住:最後一米,鋼瓶是以汽車的速度飛過去的。2001 年在紐約,這樣一隻鋼瓶砸死了躺在機器裡的一個六歲男孩。磁體沒法立刻關掉——必須讓液氦蒸發把超導繞組失超,恢復要好幾天。

十六特斯拉托起一隻活青蛙

水是弱抗磁的,在強而不均勻的磁場裡會被推向外面。1997 年在荷蘭的一間實驗室裡,十六特斯拉的磁場讓水滴、一隻蚱蜢和一隻青蛙懸浮起來——那隻青蛙看樣子毫髮無傷。這個實驗為安德烈·海姆贏得了 2000 年的搞笑諾貝爾獎,十年之後同一位研究者因石墨烯獲得了諾貝爾獎。

06 · 書寫規則

T 大寫——小寫 t 是噸

T 大寫——小寫 t 是噸,而名稱在正文裡用小寫:特斯拉。複數不變:五特斯拉,雖然來自姓氏,名稱也不用大寫。旁邊孤零零一個小寫 t 是噸,完全是另一個量。

正確
3 T
50 µT
1.5 T
錯誤
3 t
50 uT
1.5 特斯拉

量的符號是斜體 B,單位的符號是正體 T;俄文符號是 Тл。高斯不屬於 SI:標準明確禁止在同一份檔案裡並用兩種單位。詞頭微要用希臘字母 µ:µT,不是 uT。醫學上說掃描器的場強時通常乾脆不帶單位——「一點五」「三」——但文件裡要寫全。

07 · 相鄰單位

特斯拉是磁通密度;乘以面積得韋伯,除以磁常數得以安培每米計的磁場強度。高斯是 CGS 制裡的同一個量。

Wb
韋伯
穿過迴路的磁通
T
特斯拉
磁感應強度
Gs
高斯
CGS 裡的同一個量
Φ = BS    H = Bμ₀    p = 2μ₀    f = 42.58 B MHz磁通等於磁感應強度乘面積;真空中的磁場強度等於磁感應強度除以磁常數;磁壓隨磁感應強度的平方增長;質子共振的頻率與磁場成正比

Simetrium 的檔案中 與特斯拉相鄰的是 韋伯 作為同一性質的磁通, 高斯奧斯特 出自 CGS 制, 亨利 s 安培 出自繞組計算,還有 赫茲——共振頻率就用它來表示。

08 · 歷史部分

特斯拉之前用什麼計量磁場

檔案 · 1888 → 2019
紐約 · 1888
旋轉磁場
改變了能源工業的專利

尼古拉·特斯拉證明,三個相位錯開的電流能造出一個不靠運動部件就旋轉的磁場。非同步電動機省去了換向器和電刷,把直流電趕出了工業。

專利被西屋買下
電流之戰 · 1888–1893
交流對直流
尼亞加拉了結的爭論

愛迪生維護直流電,為證明交流電危險,不惜當眾用交流電處死動物。這場爭論被 1895 年的尼亞加拉電站了結:能把能量送到遠處的,只有交流電。

芝加哥博覽會靠交流電亮了起來
科羅拉多斯普林斯 · 1899
40 米長的放電
高頻實驗

在海拔兩千米的實驗室裡,特斯拉拉出幾十米長的人造閃電,不用導線就點亮了燈。以他命名的諧振變壓器既進入了技術,也進入了民間傳說。

市電站的發電機燒了
CGPM · 1960
T = Wb/m²
給磁感應強度起個名字

第十一屆國際計量大會——正是批准「國際單位制」這個名稱的那一屆——把特斯拉的名字給了磁感應強度。那時發明家已經死了十七年,他死在紐約一家旅館裡,負債累累。

高斯留在了 CGS
塔拉哈西 · 2019
45.5 T
穩恆磁場的紀錄

四十五點五特斯拉是國家強磁場實驗室達到的極限:電阻磁體裡嵌一段超導外掛。脈衝裝置能給到一千特斯拉,但在微秒之間就毀掉自己的繞組。

磁壓撕開銅
太空
10¹¹ T
磁星

磁場最強的中子星,磁感應強度可達幾百吉特斯拉。在一千公里之外,這樣的磁場就能抹掉任何一張銀行卡;靠近了,它把原子的電子殼層拉成雪茄。

量子極限——4.4·10⁹ T
掃描器的超導磁體:繞組泡在液氦裡,磁場好幾年都不關
計量學札記

撕開自己繞組的磁場

磁場的上限不是由電工技術定的,而是由材料的強度定的。磁壓隨磁感應強度的平方增長:一特斯拉時是四個大氣壓,十特斯拉時四百,五十特斯拉時已是一萬,超過了銅的強度。所以強於四十五特斯拉的永磁體不可能存在:繞組會從內部被撕開。脈衝裝置用時間繞開這條禁令——一千特斯拉的磁場只活微秒,短到來不及讓破壞發展起來,而線圈每打一發之後照樣得換。至於測量,特斯拉最精確的測法是透過頻率:質子在磁場中以每特斯拉 42.577 兆赫進動,各國的磁感應強度標準實質上就是配一支水安瓿的頻率計。質子的旋磁比本身已知到第十一位,所以一次磁場測量的不確定度不由物理決定,而由磁體的均勻程度決定。

質子在磁場裡進動:每特斯拉 42.58 兆赫
目錄 · 計量單位

每個量都有一份檔案

七個國際單位制基本單位、二十二個有專名的導出單位,以及工程和日常都離不開的非國際制單位。每個單位一頁:定義、換算、儀器、書寫規則。共 31 種語言。

7
基本
22
導出
36
種語言

有專名的 SI 導出單位

特斯拉檔案已開啟

SI 基本單位

赭色的是組成特斯拉的三個單位
m
長度
kg
公斤
質量
s
時間
A
安培
電流
K
克耳文
溫度
mol
莫耳
物質的量
cd
燭光
發光強度

其他單位制裡的磁感應強度

Gs
高斯,CGS,10⁻⁴ T
kGs
千高斯
γ
伽馬 = 納特斯拉
Oe
奧斯特,CGS 裡的磁場強度
Wb/m²
每平方米韋伯 = 特斯拉
T
特斯拉——SI 單位
本檔案的其他語言版本
en · ru · de · fr · es · pt · it · nl · pl · sv · da · fi · +24
全部 31 種語言

檔案語言

31 種語言。符號 T 是國際通用的,可用高斯計量的習慣保留得並不均勻:在俄語、日語和漢語的磁性材料文獻裡,CGS 單位至今仍能碰到。

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