Тесла (единица измерения)

Единица СИ напряженности магнитного поля

Тесла (обозначение: T ) — это единица плотности магнитного потока (также называемая напряженностью магнитного B-поля ) в Международной системе единиц (СИ).

Одна тесла равна одному веберу на квадратный метр . Единица была анонсирована во время Генеральной конференции по мерам и весам в 1960 году и названа ^[1] в честь сербско-американского инженера -электрика и механика Николы Теслы , по предложению словенского инженера-электрика Франса Авчина .

Определение

Частица, несущая заряд в один кулон (Кл) и движущаяся перпендикулярно через магнитное поле в одну теслу со скоростью один метр в секунду (м/с), испытывает силу величиной один ньютон (Н), согласно к закону сил Лоренца . То есть,

$${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {N{\cdot }s}{C{\cdot }m}}} .}$$

Будучи производной единицей системы СИ , Тесла также может быть выражен в других единицах. Например, магнитный поток в 1 вебер (Вб) через поверхность площадью один квадратный метр равен плотности магнитного потока в 1 тесла. ^[2] То есть

$${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {Wb}{m^{2}}}} .}$$

Выраженная только в базовых единицах СИ , 1 тесла составляет:

$${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {kg}{A{\cdot }s^{2}}}} ,}$$

амперкилограммсекунда^[2]

Дополнительные эквиваленты возникают в результате получения кулонов от ампер (А) : ${\displaystyle \mathrm {C=A{\cdot }s} }$

$${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {N}{A{\cdot }m}}} ,}$$

джоулями ${\displaystyle \mathrm {J=N{\cdot }m} }$

$${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {J}{A{\cdot }m^{2}}}} ,}$$

вольт ${\displaystyle \mathrm {Wb=V{\cdot }s} }$

$${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {V{\cdot }{s}}{m^{2}}}} .}$$

Николы ТеслыСИзаглавнойсуществительногослово Tesla

Электрическое и магнитное поле

При возникновении силы Лоренца разница между электрическими полями и магнитными полями состоит в том, что сила магнитного поля , действующая на заряженную частицу, обычно возникает из-за движения заряженной частицы, ^[3] в то время как сила, сообщаемая электрическим полем на заряженную частицу, заряженная частица не возникает из-за движения заряженной частицы. Это можно оценить, взглянув на единицы измерения для каждого из них. Единицей электрического поля в системе единиц МКС является ньютон на кулон, Н/Кл, а магнитное поле (в теслах) можно записать как Н/(Кл⋅м/с). Разделяющим коэффициентом между двумя типами полей являются метры в секунду (м/с), то есть скорость. Эта взаимосвязь сразу же подчеркивает тот факт, что то, рассматривается ли статическое электромагнитное поле как чисто магнитное, чисто электрическое или как некоторая их комбинация, зависит от системы отсчета (то есть скорости относительно поля). ^{[4] [5]}

В ферромагнетиках движением, создающим магнитное поле, является спин электрона ^[6] (и в меньшей степени орбитальный момент электрона ). В проводе с током ( электромагнитах ) движение происходит за счет движения электронов по проводу (независимо от того, является ли провод прямым или круговым).

Преобразование в единицы, отличные от системы СИ

Одна Тесла эквивалентна: ^{[7] [ нужна страница ]}

• 10 000 (или 10 ⁴ ) Гс ( гаусс ), используемый в системе СГС . Таким образом, 1 Г = 10 ⁻⁴  Тл = 100 мкТл (микротесла).
• 1 000 000 000 (или 10 ⁹ ) γ (гамма), используемый в геофизике . ^[8]

Отношение к единицам намагничивающего поля (ампер на метр или Эрстед ) см. в статье о проницаемости .

Примеры

Следующие примеры перечислены в порядке возрастания напряженности магнитного поля.

• 3,2 × 10 ^-5  Тл (31,869 мкТл) - сила магнитного поля Земли на 0 ° широты и 0 ° долготы.
• 4 × 10 ⁻⁵  Тл (40 мкТл) – ходьба под высоковольтной линией электропередачи ^[9]
• 5 × 10 ⁻³  Тл (5 мТл) – сила типичного магнита холодильника.
• 0,3 Тл – сила солнечных пятен.
• От 1 Т до 2,4 Т – зазор катушки типичного магнита громкоговорителя.
• От 1,5 Тл до 3 Тл – прочность медицинских систем магнитно-резонансной томографии на практике, экспериментально до 17 Тл ^[10]
• 4 Тл – сила сверхпроводящего магнита , построенного вокруг детектора CMS в ЦЕРНе ^[11]
• 5,16 Тл – прочность специально разработанной при комнатной температуре массива Хальбаха ^[12]
• 8 Тл – сила магнитов БАКа
• 11,75 Тл – сила магнитов INUMAC, крупнейшего МРТ-сканера ^[13]
• 13 Тл – прочность сверхпроводящей магнитной системы ИТЭР ^[14]
• 14,5 Тл – самая высокая напряженность магнитного поля, когда-либо зарегистрированная для рулевого магнита ускорителя в Фермилабе ^[15]
• 16 Тл – напряженность магнитного поля, необходимая для левитации лягушки ^[16] (за счет диамагнитной левитации воды в тканях ее тела) согласно Шнобелевской премии по физике 2000 г. ^[17]
• 17,6 Тл – сильнейшее поле, захваченное в сверхпроводнике в лаборатории по состоянию на июль 2014 г. ^[18]
• 27 Тл – максимальная напряженность поля сверхпроводящих электромагнитов при криогенных температурах.
• 35,4 Тл – текущий (2009 г.) мировой рекорд для сверхпроводящего электромагнита в фоновом магнитном поле ^[19]
• 45 Тл – текущий (2015 г.) мировой рекорд для магнитов непрерывного поля ^[19]
• 97,4 Тл – сильнейшее магнитное поле, создаваемое «неразрушающим» магнитом ^[20]
• 100 Тл – приблизительная напряженность магнитного поля типичного белого карлика .
• 1200 Тл – поле длительностью около 100 микросекунд, сформированное методом сжатия электромагнитного потока ^[21]
• 10 ⁹ T – предел Швингера , выше которого ожидается, что само электромагнитное поле станет нелинейным.
• 10 ⁸ – 10 ¹¹  Тл (100 МТ – 100 ГТ) – диапазон магнитной напряженности нейтронных звезд магнетаров .

Примечания и ссылки

1. «Подробная информация о единицах СИ». размеры.com. 01 июля 2011 г. Проверено 4 октября 2011 г.
2. Международная система единиц (СИ), 8-е издание , BIPM , ред. (2006), ISBN 92-822-2213-6 , Таблица 3. Связные производные единицы в системе СИ со специальными названиями и символами. Архивировано 18 июня 2007 г. в Wayback Machine. 
3. Грегори, Фредерик (2003). История науки с 1700 года по настоящее время . Учебная компания.
4. Паркер, Юджин (2007). Беседы об электрических и магнитных полях в космосе. Издательство Принстонского университета. п. 65. ИСБН 978-0691128412.
5. Курт, Огстун (2006). Распространение электромагнитных и оптических импульсов. Спрингер. п. 81. ИСБН 9780387345994.
6. Герман, Стивен (2003). Стандартный учебник по электричеству Дельмара. Издательство Дельмар. п. 97. ИСБН 978-1401825652.
7. Энциклопедия физики МакГроу Хилла (2-е издание), CB Parker, 1994, ISBN 0-07-051400-3 
8. "определение гаммы" . Оксфордский справочник . Проверено 2 января 2024 г.
9. «ЭМП: 7. Крайне низкочастотные поля, например, от линий электропередач и бытовой техники» . ec.europa.eu . Архивировано из оригинала 24 февраля 2021 г. Проверено 13 мая 2022 г.
10. «Сверхвысокое поле». Брукер БиоСпин. Архивировано из оригинала 21 июля 2012 года . Проверено 4 октября 2011 г.
11. «Сверхпроводящий магнит в CMS» . Проверено 9 февраля 2013 г.
12. «Самый сильный постоянный дипольный магнит» (PDF) . Проверено 2 мая 2020 г.
13. "ИСЭУЛТ – ИНУМАК" . Проверено 17 февраля 2014 г.
14. «ИТЭР – путь к новой энергетике» . Проверено 19 апреля 2012 г.
15. Хесла, Лия (13 июля 2020 г.). «Фермилаб достигла напряженности поля в 14,5 Тл для магнита ускорителя, установив новый мировой рекорд» . Проверено 13 июля 2020 г.
16. Берри, М.В.; Гейм, АК (1997). «О летающих лягушках и левитронах» М.В. Берри и А.К. Гейма, Европейский физический журнал, т. 18, 1997, с. 307–13 дюймов (PDF) . Европейский журнал физики . 18 (4): 307–313. doi : 10.1088/0143-0807/18/4/012. S2CID  1499061. Архивировано из оригинала (PDF) 8 октября 2020 г. Проверено 4 октября 2020 г.
17. "Лауреаты Шнобелевской премии 2000 года" . Август 2006 года . Проверено 12 мая 2013 г.)
18. «Сверхпроводник ловит самое сильное магнитное поле». 2 июля 2014 года . Проверено 2 июля 2014 г.
19. "Мировые рекорды Mag Lab". Медиа центр . Национальная лаборатория сильных магнитных полей, США. 2008 год . Проверено 24 октября 2015 г.
20. "Мировой рекорд импульсного магнитного поля" . Мир физики . 31 августа 2011 года . Проверено 26 января 2022 г.)
21. Д. Накамура, А. Икеда, Х. Савабе, Ю. Х. Мацуда и С. Такэяма (2018) , Веха в области магнитного поля

Внешние ссылки

• Инструмент преобразования Гаусса ↔ Теслы