Vés al contingut

Tesla (unitat)

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Infotaula d'unitattesla
Modifica el valor a Wikidata
Tipusunitat derivada del SI amb nom especial, unitat derivada en UCUM i unit of magnetic flux density (en) Tradueix Modifica el valor a Wikidata
Sistema d'unitatsUnitat derivada del SI
Unitat deIntensitat de camp magnètic
SímbolT
EpònimNikola Tesla
Conversions d'unitats
   Unitats base del SI   1 kg⋅s−2⋅A−1
A unitats del SI1 T Modifica el valor a Wikidata
Unitats de basequilogram1 ampere−1 segon−2 Modifica el valor a Wikidata
Fórmula Modifica el valor a Wikidata

El tesla és la unitat del Sistema Internacional per a la inducció magnètica. Es tracta d'una unitat derivada amb nom propi i amb un símbol particular que és la lletra majúscula T.[1] que va ser adoptada a la Conferència General de Pesos i Mesures de París del 1960,[2] en honor a Nikola Tesla, a proposta de l'enginyer elèctric eslovè France Avčin.[3] Aquesta unitat és utilitzada per definir la intensitat o densitat d'un camp magnètic. Un tesla és igual a un weber per metre quadrat[4].

El nom de la unitat s'ha d'escriure en minúscules, mentre que el seu símbol s'escriu en majúscula.[5]

Se li va donar aquest nom en honor de l'inventor, científic i enginyer elèctric Nikola Tesla.[6] El llegat de Tesla és visible arreu, la nostra civilització utilitza massivament l'electricitat perquè Tesla va inventar el corrent altern.

Els camps més forts que es troben en els imants permanents en la Terra provenen de les esferes de Halbach i poden superar els 4,5 T. El rècord del camp magnètic premut sostingut més alt ha estat produït per científics al campus del Laboratori Nacional Los Alamos del Laboratori Nacional d'Alt Camp Magnètic, el primer camp magnètic no destructiu de 100 tesles del món.[7] Al setembre de 2018, investigadors de la Universitat de Tòquio van generar un camp de 1.200 T que va durar de l'ordre de 100 microsegons utilitzant la tècnica de compressió de flux electromagnètic.[8]

Definició

[modifica]

Una partícula que porta una càrrega d'un coulombio i es mou perpendicularment a través d'un camp magnètic d'un tesla, a una velocitat d'un metre per segon, experimenta una força amb una magnitud d'un newton, d'acord amb la llei de força de Lorentz. Com unitat derivada del SI, el tesla també es pot expressar com:

On A = ampere, C = coulomb, kg = quilogram, m = metre, N = newton, s = segon, H = henri , V = volt, J = jule i Wb = weber

Un tesla es defineix, també, com una inducció magnètica uniforme que, repartida normalment sobre una superfície d'un metre quadrat, produeix a través d'aquesta superfície un flux magnètic total d'un weber.

1 T = 1 Wb·m-2 = 1 kg·s−2·A−1= 1 N·A−1·m−1 = 1 kg·s−1·C−1

Es pot expressar com «newton-segons per coulomb-metre» o com «newton per ampere-metre».

També es defineix com la inducció d'un camp magnètic que exerceix una força d'1 N (newton) sobre una càrrega d'1 C (coulomb) que es mou a velocitat d'1 m/s dins del camp i perpendicularment a les línies d'inducció magnètica.

El tesla és el valor del total del flux magnètic dividit per l'àrea, del que pot deduir-se que si reduïm l'àrea afectada s'incrementa la densitat del flux magnètic. Això continuaria passant fins que el material arribés a un punt de saturació magnètica.

Camp elèctric vs. magnètic

[modifica]

En la producció de la força de Lorentz, la diferència entre camps elèctrics i camps magnètics és que la força d'un camp magnètic sobre una partícula carregada generalment es deu al moviment de la partícula carregada,[9] mentre que la força impartida per un camp elèctric sobre una partícula carregada no es deu al moviment de la partícula carregada. Això es pot apreciar observant les unitats de cadascun. La unitat de camp elèctric en el Sistema MKS d'unitats és newton per coulomb, N/C, mentre que el camp magnètic (en tesles) es pot escriure com a N/(C⋅m/s). El factor divisori entre els dos tipus de camp és metres per segon (m/s), que és la velocitat. Aquesta relació destaca immediatament el fet que si una estàtica al camp electromagnètic es veu com purament magnètic, o purament elèctric, o alguna combinació d'aquests, depèn del marc de referència d'un (és a dir, la velocitat d'un en relació amb el camp).[10][11]

En els ferromagnetos, el moviment que crea el camp magnètic és l'espín de l'electró[12] (i, encara menys, el moment angular orbital de l'electró). En un cable que transporta corrent (electroimants), el moviment es deu als electrons que es mouen a través del cable (sigui recte o circular).

Efectes d'exposició a camps electromagnètics

[modifica]

Durant el segle xx, l'exposició ambiental als camps electromagnètics artificials ha anat augmentant de manera constant, ja que la creixent demanda d'electricitat, l'avanç constant de les tecnologies i els canvis en el comportament social han creat cada vegada més fonts artificials. Tothom està exposat a una complexa mescla de camps elèctrics i magnètics febles, tant a casa com en el treball, des de la generació i transmissió d'electricitat, els electrodomèstics i els equips industrials, fins a les telecomunicacions i la radiodifusió.[13][14]

En el cos humà existeixen petits corrents elèctrics a causa de les reaccions químiques que es produeixen com a part de les funcions corporals normals, fins i tot en absència de camps elèctrics externs. Per exemple, els nervis transmeten senyals mitjançant impulsos elèctrics. La majoria de les reaccions bioquímiques, des de la digestió fins a les activitats cerebrals, van acompanyades de la reorganització de partícules carregades. Fins i tot el cor és elèctricament actiu, una activitat que el seu metge pot rastrejar amb l'ajuda d'un electrocardiograma.

Els camps elèctrics de baixa freqüència influeixen en el cos humà de la mateixa manera que en qualsevol altre material format per partícules carregades. Quan els camps elèctrics actuen sobre materials conductors, influeixen en la distribució de les càrregues elèctriques en la seva superfície. Fan que el corrent flueixi a través del cos fins al sòl.

Els camps magnètics de baixa freqüència indueixen corrents circulants dins del cos humà. La força d'aquests corrents depèn de la intensitat del camp magnètic exterior. Si són prou grans, aquests corrents poden provocar l'estimulació de nervis i músculs o afectar altres processos biològics.[15]

Tant els camps elèctrics com els magnètics indueixen tensions i corrents en el cos, però fins i tot directament sota una línia de transmissió d'alta tensió, els corrents induïts són molt petites en comparació amb els llindars per a produir descàrregues i altres efectes elèctrics.

L'escalfament és el principal efecte biològic dels camps electromagnètics de radiofreqüència. Els nivells dels camps de radiofreqüència als quals s'exposen normalment les persones són molt inferiors als necessaris per a produir un escalfament significatiu. L'efecte d'escalfament de les ones de ràdio constitueix la base de les directrius actuals. Els científics també estan investigant la possibilitat que es produeixin efectes per sota del llindar d'escalfament del cos com a resultat d'una exposició prolongada.[15] Fins a la data, no s'ha confirmat cap efecte advers per a la salut derivat d'una exposició de baix nivell i a llarg termini a camps de radiofreqüència o de freqüència de potència, però els científics continuen investigant activament en aquest àmbit.[16]

Múltiples

[modifica]

A continuació una taula dels múltiples i submúltiples del Sistema Internacional d'Unitats.

Múltiple Nom Símbol Múltiple Nom Símbol
100teslaT    
10¹decatesladaT10–1decitesla dT
10²hectoteslahT10–2centitesla cT
103quiloteslakT10–3mil·litesla mT
10⁶megateslaMT10–6microtesla µT
10⁹gigateslaGT10–9nanotesla nT
1012terateslaTT10–12picotesla pT
1015petateslaPT10–15femtotesla fT
1018exateslaET10–18attotesla aT
1021zettateslaZT10–21zeptotesla zT
1024yottateslaYT10–24yoctotesla yT

Explicació

[modifica]

El tesla és el valor del total del flux magnètic dividit per l'àrea. D'aquí hom pot deduir que si reduïm l'àrea afectada s'incrementaria la densitat del flux magnètic. Això continuaria passant fins que el material arribés a un punt de saturació magnètica.

Conversions

[modifica]

1 tesla és equivalent a:

Exemples

[modifica]
  • A l'espai exterior la densitat del flux magnètic és d'entre 0,1 i 10 nanotesles (10−10 T i 10−8 T),
  • a la Terra, el camp magnètic a una latitud de 50° és de 58 µT (5,8×10−5 T) i a l'equador, a una latitud de 0°, és 31 µT (3,1×10−5 T),
  • a una taca solar és d'uns 0,15 T,
  • a un gran altaveu és d'1 T,
  • a un aparell de Ressonància Magnètica Nuclear més de 7 T, experimentalment més de 20 T,[17] en Lión a l'octubre de 2019 amb un camp de 23,5 T.[18]
  • el camp magnètic continu més fort mai produït a un laboratori (al National High Magnetic Field Laboratory de la Florida State University a Tallahassee, Florida és de 45 T
  • El camp instantani més fort produït en laboratori és de 1.200 T (Universitat de Tòquio, agost de 2020)[19]
  • a una estrella de neutrons d'1 a 100 megatesles (10⁶ T a 108 T),
  • a una estrella de neutrons de tipus magnetar, 0,1 a 100 gigatesles (108 a 1011 T),
  • el màxim camp magnètic teòric per a una estrella de neutrons i, per tant, el límit més gran per a un fenomen conegut, 1013 T (10 teratesles).
  • Cada imant utilitzat per a desviar la trajectòria de les partícules a l'accelerador de partícules del LHC produeix un camp magnètic de 8,4 tesles.[20]
  • 3.2 × 10−5 T (31.869 μT):intensitat del camp magnètic de la Terra a 0° de latitud, 0° de longitud
  • 5 × 10−3 T (5 mT): la força d'un imant de nevera típic
  • 0,3 T: la força de les taques solars
  • 1,25 T: densitat de flux magnètic en la superfície d'un imant de neodimi
  • 1 T a 2,4 T: separació de bobina d'un imant d'altaveu típic
  • De 1,5 T a 3 T: força dels sistemes mèdics d'imatges per ressonància magnètica en la pràctica, experimentalment fins a 17 T.[21]
  • 4 T: força de l'imant superconductor construït al voltant del detector CMS en el CERN.[22]
  • 5,16 T: la força d'una Matriu Halbach a temperatura ambient especialment dissenyada.[23]
  • 8 T: la força dels imants del LHC
  • 11,75 T: la força dels imants INUMAC, l'escàner de ressonància magnètica més gran.[24]
  • 13 T: força del sistema magnètic superconductor ITER.[25]
  • 14,5 T: la força de camp magnètic més alta mai registrada per a un imant de direcció de l'accelerador al Fermilab.[26]
  • 16 T: intensitat del camp magnètic necessària per a levitar una granota[27] (mitjançant la Levitació magnètica de l'aigua en els seus teixits corporals) segons el Premi Ig Nobel de Física de 2000.[28]
  • 17,6 T: el camp més intens atrapat en un superconductor en un laboratori el juliol de 2014.[29]
  • 27 T: intensitats de camp màximes d'electroimants superconductors a temperatures criogèniques
  • 35,4 T: el rècord mundial actual (2009) d'un electroimant superconductor en un camp magnètic de fons.[30]
  • 45 T: el rècord mundial actual (2015) per a imants de camp continu.[30]
  • 100 T: força de camp magnètic aproximada d'una estrella nana blanca típica
  • 100,75 T: rècord mundial actual (2012) de camps magnètics premuts generats de forma no destructiva
  • 108 – 1011 T (100 MT – 100 GT) – rang de força magnètica d'estrelles de neutrons magnetars

Referències

[modifica]
  1. ↑ BIMP, 2019, p. 26.
  2. ↑ «Details of SI units». sizes.com, 01-07-2011. [Consulta: 4 octubre 2011].
  3. ↑ Resolució 12 de la 11a reunió de la CGPM (1960) en el lloc web de l'Oficina Internacional de Pesos i Mesures
  4. ↑ BIMP, 2019, p. 55.
  5. ↑ BIMP, 2019, p. 36.
  6. ↑ sizes.com - Details of SI units
  7. ↑ «Strongest non-destructive magnetic field: world record set at 45-tesla level». Los Alamos National Laboratory. [Consulta: 6 novembre 2014].
  8. ↑ D. Nakamura, A. Ikeda, H. Sawabe, Y. H. Matsuda, and S. Takeyama (2018), Magnetic field milestone
  9. ↑ Gregory, Frederick. History of Science 1700 to Present. The Teaching Company, 2003.
  10. ↑ Parker, Eugene. Conversations on electric and magnetic fields in the cosmos. Princeton University press, 2007, p. 65. ISBN 978-0691128412.
  11. ↑ Kurt, Oughstun. Electromagnetic and optical pulse propagation. Springer, 2006, p. 81. ISBN 9780387345994.
  12. ↑ Herman, Stephen. Delmar's standard textbook of electricity. Delmar Publishers, 2003, p. 97. ISBN 978-1401825652.
  13. ↑ W. H. Bailey, S. H. Su, T. D. Bracken and R. Kavet, "Summary and evaluation of guidelines for occupational exposure to power frequency electric and magnetic fields", Health Phys., vol. 73, pp. 433-453, 1997.
  14. ↑ M. A. Stuchly and T. W. Dawson, "Interaction of low-frequency electric and magnetic fields with the human body," in Proceedings of the IEEE, vol. 88, no. 5, pp. 643-664, May 2000, doi: 10.1109/5.849161.
  15. 1 2 Possible Health Effects of Exposure to Residential Electric and Magnetic Fields, DC, Washington:National Academy Press, 1997.
  16. ↑ L. M. Green, A. B. Miller, P. J. Villeneuve, D. A. Agnew, M. L. Greenberg, J. Li, et al., "A case-control study of childhood leukemia in southern Ontario Canada and exposure to magnetic fields in residences", Int. J. Cancer, vol. 82, pp. 171-170, 1999.
  17. ↑ « Centre Européen de Résonance Magnétique Nucléaire à Très Hauts Champs à Lyon » Arxivat 2016-març-3 a la Wayback Machine., sur le site de l'université Claude Bernard Lyon 1, universite-lyon.fr, consulté le 27 octobre 2009.
  18. ↑ « Le spectromètre le plus puissant au monde », 9 octobre 2009, Paris, sur le site du CNRS, cnrs.fr, consulté le 27 octobre 2009.
  19. ↑ «Record indoor magnetic field of 1200 T generated by electromagnetic flux-compression».
  20. ↑ L’union fait la force : les aimants supraconducteurs le CERN.
  21. ↑ «Ultra-High Field». Bruker BioSpin. Arxivat de l'original el 21 de juliol de 2012. [Consulta: 4 octubre 2011].
  22. ↑ «Superconducting Magnet in CMS». [Consulta: 9 febrer 2013].
  23. ↑ «The Strongest Permanent Dipole Magnet». [Consulta: 2 maig 2020].
  24. ↑ «ISEULT – INUMAC». [Consulta: 17 febrer 2014].
  25. ↑ «ITER – the way to new energy». [Consulta: 19 abril 2012].
  26. ↑ Hesla, Leah. «Fermilab achieves 14.5-tesla field for accelerator magnet, setting new world record», 13-07-2020. [Consulta: 13 juliol 2020].
  27. ↑ Berry, M. V.; Geim, A. K. «Of Flying Frogs and Levitrons" by M. V. Berry and A. K. Geim, European Journal of Physics, v. 18, 1997, p. 307–13». European Journal of Physics, vol. 18, 4, 1997, pàg. 307–313. DOI: 10.1088/0143-0807/18/4/012.
  28. ↑ «The 2000 Ig Nobel Prize Winners», 01-08-2006. [Consulta: 12 maig 2013].)
  29. ↑ «Superconductor Traps The Strongest Magnetic Field Yet». [Consulta: 2 juliol 2014].
  30. 1 2 «Mag Lab World Records». Media Center. National High Magnetic Field Laboratory, USA, 2008. [Consulta: 24 octubre 2015].

Bibliografia

[modifica]


Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Tesla_(unitat)&oldid=36674894»