Тесла (единица)

Единица СИ напряженности магнитного поля

Тесла (символ: Т ) — единица измерения плотности магнитного потока (также называемая напряжённостью магнитного поля B ) в Международной системе единиц (СИ).

Одна тесла равна одному веберу на квадратный метр . Единица была объявлена ​​на 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 закону силы Лоренца . То есть, $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {N{\cdot }s}{C{\cdot }m}}} .}$$

Как производная единица СИ , тесла может быть выражена и через другие единицы. Например, магнитный поток в 1 вебер (Вб) через поверхность в один квадратный метр равен магнитной плотности потока в 1 тесла. ^[2] То есть, $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {Wb}{m^{2}}}} .}$$

Выражается только в основных единицах СИ , 1 тесла равна: где А — ампер , кг — килограмм , а с — секунда . ^[2] $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {kg}{A{\cdot }s^{2}}}} ,}$$

Дополнительные эквивалентности вытекают из вывода кулонов из ампер (А), : отношения между ньютонами и джоулями (Дж), : и вывода вебера из вольт (В), : Тесла названа в честь Николы Теслы . Как и каждая единица СИ , названная в честь человека, ее символ начинается с заглавной буквы (T), но при написании полностью он следует правилам написания заглавных букв нарицательных существительных ; то есть тесла пишется с заглавной буквы в начале предложения и в заголовках, но в остальном пишется строчными буквами. ${\displaystyle \mathrm {C=A{\cdot }s} }$ $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {N}{A{\cdot }m}}} ,}$$ ${\displaystyle \mathrm {J=N{\cdot }m} }$ $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {J}{A{\cdot }m^{2}}}} ,}$$ ${\displaystyle \mathrm {Wb=V{\cdot }s} }$ $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {V{\cdot }{s}}{m^{2}}}} .}$$

Электрическое и магнитное поле

При создании силы Лоренца разница между электрическими и магнитными полями заключается в том, что сила, действующая со стороны магнитного поля на заряженную частицу, как правило, обусловлена ​​движением заряженной частицы, ^[3] в то время как сила, действующая со стороны электрического поля на заряженную частицу, не обусловлена ​​движением заряженной частицы. Это можно оценить, посмотрев на единицы для каждого из них. Единицей электрического поля в системе единиц MKS является ньютон на кулон, Н/Кл, в то время как магнитное поле (в теслах) можно записать как Н/(Кл⋅м/с). Делительным фактором между двумя типами полей является метры в секунду (м/с), что является скоростью. Это соотношение сразу же подчеркивает тот факт, что то, рассматривается ли статическое электромагнитное поле как чисто магнитное, или чисто электрическое, или как некоторая их комбинация, зависит от системы отсчета (то есть скорости относительно поля). ^{[4] [5]}

В ферромагнетиках движение, создающее магнитное поле, — это спин электрона ^[6] (и в меньшей степени орбитальный угловой момент электрона ). В проводе с током ( электромагнитах ) движение обусловлено движением электронов по проводу (независимо от того, прямой он или круглый).

Перевод в единицы, не входящие в систему СИ

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

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

О связи с единицами намагничивающего поля (ампер на метр или эрстед ) см. статью о проницаемости .

Примеры

Следующие примеры перечислены в порядке возрастания напряженности магнитного поля.

• 3,2 × 10−5  Тл ⁽ 31,869 мкТл) – напряженность магнитного поля Земли на 0° широты, 0° долготы
• 4 × 10−5  Тл ⁽ 40 мкТл) – прохождение под высоковольтной линией электропередачи ^[9]
• 5 × 10−3  Тл ⁽ 5 мТл) — сила типичного магнита холодильника
• 0,3 Тл – сила солнечных пятен
• 1 Тл – 2,4 Тл – зазор катушки типичного магнита громкоговорителя
• 1,5 Тл – 3 Тл – прочность медицинских магнитно-резонансных томографов на практике, экспериментально до 17 Тл ^[10]
• 4 Тл – сила сверхпроводящего магнита, созданного вокруг детектора CMS в ЦЕРНе ^[11]
• 5,16 Т – прочность специально разработанного массива Хальбаха при комнатной температуре ^[12]
• 8 Тл – сила магнитов LHC
• 11,75 Т – сила магнитов INUMAC, самого большого МРТ-сканера ^[13]
• 13 Тл – сила сверхпроводящей магнитной системы ИТЭР ^[14]
• 14,5 Т – самая высокая напряженность магнитного поля, когда-либо зарегистрированная для управляющего 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 года ^[17]
• 17,6 Тл – самое сильное поле, зафиксированное в сверхпроводнике в лаборатории по состоянию на июль 2014 г. ^[18]
• 20 Т - прочность крупномасштабного высокотемпературного сверхпроводящего магнита, разработанного Массачусетским технологическим институтом и компанией Commonwealth Fusion Systems для использования в термоядерных реакторах ^{[ требуется ссылка ]}
• 27 Тл – максимальные напряженности поля сверхпроводящих электромагнитов при криогенных температурах
• 35,4 Тл – текущий (2009) мировой рекорд для сверхпроводящего электромагнита в фоновом магнитном поле ^[19]
• 45 Т – текущий (2015) мировой рекорд для магнитов постоянного поля ^[19]
• 97,4 Тл – самое сильное магнитное поле, создаваемое «неразрушающим» магнитом ^[20]
• 100 Тл – приблизительная напряженность магнитного поля типичной белой карликовой звезды
• 1200 Тл – поле длительностью около 100 микросекунд, сформированное с использованием техники электромагнитной компрессии потока ^[21]
• 10 ⁹ Тл – предел Швингера , выше которого само электромагнитное поле, как ожидается, станет нелинейным
• 10 ⁸ – 10 ¹¹  Тл (100 МТ – 100 ГТ) – диапазон магнитной силы нейтронных звезд- магнетаров

Примечания и ссылки

1. "Подробности единиц СИ". sizes.com. 2011-07-01 . Получено 2011-10-04 .
2. Международная система единиц (СИ), 8-е издание , BIPM , ред. (2006), ISBN 92-822-2213-6 , Таблица 3. Согласованные производные единицы в СИ со специальными названиями и символами Архивировано 18 июня 2007 г. на Wayback Machine 
3. Грегори, Фредерик (2003). История науки с 1700 года по настоящее время . Обучающая компания.
4. Паркер, Юджин (2007). Беседы об электрических и магнитных полях в космосе. Princeton University press. стр. 65. ISBN 978-0691128412.
5. Курт, Оугстун (2006). Распространение электромагнитных и оптических импульсов. Springer. стр. 81. ISBN 9780387345994.
6. Герман, Стивен (2003). Стандартный учебник электричества Делмара. Delmar Publishers. стр. 97. ISBN 978-1401825652.
7. Энциклопедия физики Макгроу-Хилла (2-е издание), CB Parker, 1994, ISBN 0-07-051400-3 . 
8. "определение гаммы". Oxford Reference . Получено 2 января 2024 г.
9. "ЭМП: 7. Крайне низкочастотные поля, подобные полям линий электропередач и бытовых приборов". ec.europa.eu . Архивировано из оригинала 2021-02-24 . Получено 2022-05-13 .
10. "Ultra-High Field". Bruker BioSpin. Архивировано из оригинала 21 июля 2012 года . Получено 4 октября 2011 года .
11. "Сверхпроводящий магнит в CMS" . Получено 9 февраля 2013 г.
12. "Самый сильный постоянный дипольный магнит" (PDF) . Получено 2 мая 2020 г.
13. "ISEULT – INUMAC" . Получено 17 февраля 2014 г. .
14. "ИТЭР – путь к новой энергии" . Получено 19 апреля 2012 г.
15. Хесла, Лия (13 июля 2020 г.). «Фермилаб достигает поля в 14,5 тесла для магнита ускорителя, устанавливая новый мировой рекорд» . Получено 13 июля 2020 г.
16. Берри, МВ; Гейм, АК (1997). «О летающих лягушках и левитронах» МВ Берри и А.К. Гейма, European Journal of Physics, т. 18, 1997, стр. 307–13 (PDF) . European Journal of Physics . 18 (4): 307–313. doi :10.1088/0143-0807/18/4/012. S2CID  1499061. Архивировано из оригинала (PDF) 8 октября 2020 г. . Получено 4 октября 2020 г. .
17. "Лауреаты Игнобелевской премии 2000 года". Август 2006 г. Получено 12 мая 2013 г.)
18. "Сверхпроводник захватывает самое сильное магнитное поле". 2 июля 2014 г. Получено 2 июля 2014 г.
19. "Mag Lab World Records". Media Center . Национальная лаборатория сильных магнитных полей, США. 2008. Получено 24 октября 2015 г.
20. "Мировой рекорд импульсного магнитного поля". Physics World . 31 августа 2011 г. Получено 26 января 2022 г.)
21. Д. Накамура, А. Икеда, Х. Савабе, Й. Х. Мацуда и С. Такеяма (2018) , Веха в изучении магнитного поля

Внешние ссылки

• Инструмент преобразования Гаусс ↔ Тесла