Тесла (единица) - Tesla (unit)

Эта статья про единицу магнитного поля. Для человека, в честь которого он был назван, см. Никола Тесла. Для использования в других целях см. Тесла (значения).
Тесла
Система единицПроизводная единица СИ
ЕдиницаПлотность магнитного потока
СимволТ
Названный в честьНикола Тесла
В Базовые единицы СИ:кг ⋅s−2⋅А−1

В тесла (символ: Т) это производная единица из магнитный индукция (также, плотность магнитного потока ) в Международная система единиц.

Один тесла равен одному Вебер на квадратный метр. Единица была анонсирована во время Генеральная конференция по мерам и весам в 1960 году и назван[1] в честь Никола Тесла, по предложению словенского инженера-электрика Франция Авчин.

Самые сильные поля постоянных магнитов на Земле происходят от Сферы Хальбаха и может быть более 4,5 Тл. Рекорд самого высокого устойчивого импульсного магнитного поля был установлен учеными Лос-Аламосская национальная лаборатория кампус Национальная лаборатория сильного магнитного поля, первое в мире неразрушающее магнитное поле силой 100 тесла.[2] В сентябре 2018 года исследователи из Токийский университет генерировал поле в 1200 Тл, которое длилось порядка 100 микросекунд, с использованием техники сжатия электромагнитного потока.[3]

Определение

Частица, несущая заряд одного кулон, и, двигаясь перпендикулярно через магнитное поле в один тесла со скоростью один метр в секунду, испытывает силу с величиной один ньютон, согласно Закон силы Лоренца. Как Производная единица СИ, тесла также может быть выражена как

(Последний эквивалент находится в Базовые единицы СИ ).[4]

Где A = ампер, C = кулон, кг = килограмм, m = метр, N = ньютон, s = второй, H = Генри, V = вольт, J = джоуль, а Wb = Вебер

Электрическое и магнитное поле

В производстве Сила Лоренца, разница между электрическими полями и магнитными полями состоит в том, что сила от магнитное поле на заряженной частице обычно происходит из-за движения заряженной частицы,[5] в то время как сила, передаваемая электрическим полем заряженной частице, не связана с движением заряженной частицы. Это можно понять, посмотрев на единицы для каждого. Единица электрическое поле в Система единиц МКС - это ньютоны на кулон, Н / Кл, а магнитное поле (в теслах) можно записать как Н / (К · м / с). Коэффициент разделения между двумя типами поля - метры в секунду (м / с), то есть скорость. Эта связь сразу подчеркивает тот факт, что статический электромагнитное поле рассматривается как чисто магнитный, или чисто электрический, или какая-то их комбинация, зависит от система отсчета (то есть скорость человека относительно поля).[6][7]

В ферромагнетики, движение, создающее магнитное поле, - это спин электрона[8] (и в меньшей степени электрон орбитальный угловой момент ). В токоведущем проводе (электромагниты ) движение происходит из-за движения электронов по проводу (будь то прямой или круглый).

Конверсии

Одна тесла эквивалентна:[9][страница нужна ]

10 000 (или 104) ГРАММ (Гаусс ), используемый в CGS система. Таким образом, 10 кГс = 1 Тл (тесла), а 1 Гс = 10−4 Т = 100 мкТл (микротесла).
1 000 000 000 (или 109) γ (гамма), используемый в геофизика.[10] Таким образом, 1 γ = 1 нТл (нанотесла).
42,6 МГц 1Частота ядра H, дюйм ЯМР. Таким образом, магнитное поле, связанное с ЯМР на частоте 1 ГГц, составляет 23,5 Тл.

Одна тесла равна 1 В · с / м2. Это можно показать, начав со скорости света в вакууме,[11] c = (ε0μ0)−1/2, и вставив Значения и единицы СИ за c (2.998×108 РС), диэлектрическая проницаемость вакуума ε0 (8.85×10−12 А · с / (В · м)), а вакуумная проницаемость μ0 (12.566×10−7 Т · м / А). Таким образом, сокращение чисел и единиц дает это отношение.

По отношению к единицам намагничивающее поле (ампер на метр или Эрстед ), см. статью о проницаемость.

Примеры

Основная статья: Порядки величины (магнитное поле)

Следующие примеры перечислены в порядке возрастания напряженности поля.

  • 3.2 × 10−5 Т (31,869 мкТл) - сила Магнитное поле Земли на 0 ° широты, 0 ° долготы
  • 5 × 10−3 Т (5 мТл) - сила типичного магнит на холодильник
  • 0,3 Тл - сила солнечных пятен
  • 1,25 Тл - плотность магнитного потока на поверхности неодимовый магнит
  • От 1 Тл до 2,4 Тл - зазор между катушкой типичного магнита громкоговорителя
  • От 1,5 Тл до 3 Тл - сила лечебного магнитно-резонансная томография системы на практике, экспериментально до 17 Тл[12]
  • 4 Т - сила сверхпроводящий магнит, построенный вокруг CMS детектор на ЦЕРН[13]
  • 5,16 Т - сила специально разработанной комнатной температуры Массив Хальбаха[14]
  • 8 Т - сила LHC магниты
  • 11,75 Тл - сила магнитов INUMAC, наибольшая МРТ сканер[15]
  • 13 Тл - прочность сверхпроводящего ИТЭР магнитная система[16]
  • 14,5 Тл - самая высокая напряженность магнитного поля, когда-либо зарегистрированная для рулевого магнита ускорителя при Фермилаб[17]
  • 16 Тл - напряженность магнитного поля, необходимая для левитации лягушка[18] (к диамагнитная левитация воды в тканях его тела) согласно 2000 г. Шнобелевская премия по физике[19]
  • 17,6 Тл - самое сильное поле в сверхпроводнике в лаборатории по состоянию на июль 2014 г.[20]
  • 27 Тл - максимальная напряженность поля сверхпроводящие электромагниты при криогенных температурах
  • 35,4 Тл - текущий (2009 г.) мировой рекорд для сверхпроводящего электромагнита в фоновом магнитном поле[21]
  • 45 Тл - текущий (2015 г.) мировой рекорд для магнитов с непрерывным полем[21]
  • 100 Тл - примерная напряженность магнитного поля типичного белый Гном звезда
  • 108 – 1011 Т (100 МТ - 100 ГТ) - диапазон магнитной напряженности магнетар нейтронные звезды

Примечания и ссылки

  1. ^ «Детали единиц СИ». sizes.com. 2011-07-01. Получено 2011-10-04.
  2. ^ «Сильнейшее неразрушающее магнитное поле: мировой рекорд на уровне 100 тесла». Лос-Аламосская национальная лаборатория. Получено 6 ноября 2014.
  3. ^ Д. Накамура, А. Икеда, Х. Савабе, Ю. Х. Мацуда и С. Такеяма (2018), Веха в области магнитного поля
  4. ^ Международная система единиц (СИ), 8-е издание, BIPM, ред. (2006), ISBN  92-822-2213-6, Таблица 3. Связанные производные единицы СИ со специальными названиями и символами В архиве 2007-06-18 на Wayback Machine
  5. ^ Грегори, Фредерик (2003). История науки с 1700 г. по настоящее время. Обучающая компания.
  6. ^ Паркер, Юджин (2007). Беседы об электрических и магнитных полях в космосе. Издательство Принстонского университета. п. 65. ISBN  978-0691128412.
  7. ^ Курт, Огстун (2006). Распространение электромагнитных и оптических импульсов. Springer. п. 81. ISBN  9780387345994.
  8. ^ Герман, Стивен (2003). Стандартный учебник электричества Делмара. Издательство Delmar. п. 97. ISBN  978-1401825652.
  9. ^ Энциклопедия физики Макгроу Хилла (2-е издание), СиБи Паркер, 1994, ISBN  0-07-051400-3
  10. ^ «Часто задаваемые вопросы о геомагнетизме». Национальный центр геофизических данных. Получено 21 октября 2013.
  11. ^ Панофски, В. К. Х .; Филлипс, М. (1962). Классическое электричество и магнетизм. Эддисон-Уэсли. п. 182. ISBN  978-0-201-05702-7.
  12. ^ «Сверхвысокое поле». Bruker BioSpin. Получено 2011-10-04.
  13. ^ «Сверхпроводящий магнит в CMS». Получено 9 февраля 2013.
  14. ^ «Самый сильный постоянный дипольный магнит» (PDF). Получено 2 мая 2020.
  15. ^ "ISEULT - INUMAC". Получено 17 февраля 2014.
  16. ^ «ИТЭР - путь к новой энергии». Получено 2012-04-19.
  17. ^ Хесла, Лия. "Фермилаб достигает поля в 14,5 тесла для магнита ускорителя, устанавливая новый мировой рекорд". Получено 2020-07-13.
  18. ^ "О летающих лягушках и левитронах" М. В. Берри и А. К. Гейма, European Journal of Physics, т. 18, 1997 г., с. 307–13 " (PDF). Получено 4 октября 2020.
  19. ^ "Лауреаты Шнобелевской премии 2000 года". Получено 12 мая 2013.)
  20. ^ «Сверхпроводник захватывает самое сильное магнитное поле». Получено 2 июля 2014.
  21. ^ а б "Мировые рекорды Mag Lab". Медиа центр. Национальная лаборатория сильных магнитных полей, США. 2008 г.. Получено 2015-10-24.

внешняя ссылка