Tesla (jednostka) - Tesla (unit)

tesla
System jednostkowy Jednostka pochodna SI
Jednostką Magnetyczne pole B Indukcja
magnetyczna
Symbol T
Nazwany po Nikola Tesla
Pochodzenie: 1 T = 1 Wb /m 2
Konwersje
1 T w ... ... jest równe ...
   Jednostki podstawowe SI    1 kilogramys -2-1
   Jednostki Gaussa    1 x 10 4  G

Tesli (symbol: , T ) jest jednostka pochodzi z B pola magnetycznego, siła (również gęstości strumienia magnetycznego ), w międzynarodowym układzie jednostek .

Jedna tesla równa się jednemu weberowi na metr kwadratowy . Jednostka została ogłoszona podczas Generalnej Konferencji Miar w 1960 roku i nosi imię Nikoli Tesli , na wniosek słoweńskiego inżyniera elektryka France Avčin .

Najsilniejsze pola napotykane przez magnesy trwałe na Ziemi pochodzą ze sfer Halbacha i mogą osiągać ponad 4,5 T. Rekord dla najwyższego trwałego pola magnetycznego pulsującego został wytworzony przez naukowców z kampusu Los Alamos National Laboratory w National High Magnetic Field Laboratory . pierwsze na świecie nieniszczące pole magnetyczne o natężeniu 100 tesli. We wrześniu 2018 roku naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego wygenerowali pole 1200 T, które trwało około 100 mikrosekund przy użyciu techniki kompresji strumienia elektromagnetycznego.

Definicja

Cząstka niosąca ładunek jednego kulomba i poruszająca się prostopadle w polu magnetycznym jednej tesli z prędkością jednego metra na sekundę doświadcza siły o wielkości jednego niutona , zgodnie z prawem siły Lorentza . Jako jednostka pochodna SI , tesla może być również wyrażona jako

(Ostatni odpowiednik jest w jednostkach podstawowych SI ).

Gdzie A = amper , C = kulomb , kg = kilogram , m = metr , N = niuton , s = sekunda , H = henry , V = wolt , J = dżul , a Wb = weber

Pole elektryczne a pole magnetyczne

Przy wytwarzaniu siły Lorentza różnica między polami elektrycznymi i magnetycznymi polega na tym, że siła z pola magnetycznego na naładowaną cząsteczkę jest generalnie spowodowana ruchem naładowanej cząstki, podczas gdy siła przekazana przez pole elektryczne na naładowanej cząstce jest nie z powodu ruchu naładowanej cząstki. Można to docenić patrząc na jednostki dla każdego. Jednostką pola elektrycznego w układzie miar MKS jest niuton na kulomb, N/C, natomiast pole magnetyczne (w teslach) można zapisać jako N/(C⋅m/s). Czynnikiem dzielącym te dwa rodzaje pola są metry na sekundę (m/s), czyli prędkość. Ta zależność natychmiast podkreśla fakt, że to, czy statyczne pole elektromagnetyczne jest postrzegane jako czysto magnetyczne, czy czysto elektryczne, czy też jakaś ich kombinacja, zależy od układu odniesienia danej osoby (to znaczy od prędkości względem pola).

W ferromagnetykach ruchem tworzącym pole magnetyczne jest spin elektronu (i w mniejszym stopniu orbitalny moment pędu elektronów ). W przewodzie przewodzącym prąd ( elektromagnesach ) ruch wynika z przemieszczania się elektronów przez drut (czy drut jest prosty czy okrągły).

Konwersje

Jedna tesla odpowiada:

10,000 (lub 10 4 ) G ( Gaussa ), stosowanego w CGS systemu. Zatem 10 kG = 1 T (tesla) i 1 G = 10 -4  T = 100 μT (mikrotesla).
1 000 000 000 (lub 10 9 ) γ (gamma), stosowane w geofizyce . Zatem 1 γ = 1 nT (nanotesla).
42,6 MHz do 1 częstotliwości jąder H w NMR . Zatem pole magnetyczne związane z NMR przy 1 GHz wynosi 23,5 T.

Jedna tesla jest równa 1 V⋅s/m 2 . Można to wykazać, zaczynając od prędkości światła w próżni, c = ( ε 0 μ 0 ) -1/2 , i wstawiając wartości SI i jednostki dla c (2,998 × 10 8  m/s ), przenikalność próżniowa ε 0 (8,85 × 10 -12  A⋅s/(V⋅m) ), a przepuszczalność próżni μ 0 (12,566 x 10 -7  T⋅m / A ). Anulowanie liczb i jednostek tworzy następnie tę relację.

Odnośnie do jednostek pola magnesującego (amper na metr lub Oersted ), zobacz artykuł o przepuszczalności .

Przykłady

Poniższe przykłady są wymienione w porządku rosnącym według natężenia pola.

  • 3,2 × 10-5  T (31,869 μT) - siła pola magnetycznego Ziemi na 0° szerokości geograficznej, 0° długości geograficznej
  • 5 × 10 -3  T (5 mT) – siła typowego magnesu na lodówkę
  • 0,3 T – siła plam słonecznych
  • 1,25 T – indukcja magnetyczna na powierzchni magnesu neodymowego
  • 1 T do 2,4 T – szczelina cewki typowego magnesu głośnikowego
  • 1,5 T do 3 T – wytrzymałość medycznych systemów obrazowania metodą rezonansu magnetycznego w praktyce, eksperymentalnie do 17 T
  • 4 T – siła magnesu nadprzewodzącego zbudowanego wokół detektora CMS w CERN
  • 5.16 T – wytrzymałość specjalnie zaprojektowanej tablicy Halbacha w temperaturze pokojowej
  • 8 T – siła magnesów LHC
  • 11,75 T – siła magnesów INUMAC, największy skaner MRI
  • 13 T – wytrzymałość nadprzewodzącego układu magnetycznego ITER
  • 14,5 T – najwyższa siła pola magnetycznego kiedykolwiek zarejestrowana dla magnesu sterującego akceleratorem w Fermilab
  • 16 T – siła pola magnetycznego wymagana do lewitacji żaby (poprzez diamagnetyczną lewitację wody w jej tkankach ciała) zgodnie z Nagrodą Ig Nobla z fizyki z 2000 r.
  • 17,6 T – najsilniejsze pole uwięzione w nadprzewodniku w laboratorium, stan na lipiec 2014 r.
  • 27 T – maksymalne natężenia pola elektromagnesów nadprzewodzących w temperaturach kriogenicznych
  • 35,4 T – aktualny (2009) rekord świata dla elektromagnesu nadprzewodzącego w tle pola magnetycznego
  • 45 T – aktualny (2015) rekord świata dla magnesów pola ciągłego
  • 100 T - natężenie pola magnetycznego w przybliżeniu z typowym białym karłowatej gwiazdy
  • 10 8 – 10 11  T (100 MT – 100 GT) – zakres siły magnetycznej magnetarowych gwiazd neutronowych

Uwagi i referencje

Linki zewnętrzne