Tesla (unidad)

Unidad SI de intensidad de campo magnético

El tesla (símbolo: T ) es la unidad de densidad de flujo magnético (también llamada intensidad del campo magnético ) en el Sistema Internacional de Unidades (SI).

Un tesla equivale a un weber por metro cuadrado . La unidad fue anunciada durante la Conferencia General de Pesos y Medidas de 1960 y recibe su nombre ^[1] en honor al ingeniero eléctrico y mecánico serbio-estadounidense Nikola Tesla , a propuesta del ingeniero eléctrico esloveno France Avčin .

Definición

Una partícula, que lleva una carga de un coulomb (C), y se mueve perpendicularmente a través de un campo magnético de un tesla, a una velocidad de un metro por segundo (m/s), experimenta una fuerza con magnitud de un newton (N), de acuerdo con la ley de fuerza de Lorentz . Es decir, $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {N{\cdot }s}{C{\cdot }m}}} .}$$

Como unidad derivada del SI , el tesla también se puede expresar en términos de otras unidades. Por ejemplo, un flujo magnético de 1 weber (Wb) a través de una superficie de un metro cuadrado es igual a una densidad de flujo magnético de 1 tesla. ^[2] Es decir, $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {Wb}{m^{2}}}} .}$$

Expresado únicamente en unidades básicas del SI , 1 tesla es: donde A es amperio , kg es kilogramo y s es segundo . ^[2] $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {kg}{A{\cdot }s^{2}}}} ,}$$

Se obtienen equivalencias adicionales de la derivación de culombios a partir de amperios (A), : la relación entre newtons y julios (J), : y la derivación del weber a partir de voltios (V), : El tesla recibe su nombre de Nikola Tesla . Como ocurre con todas las unidades del SI que llevan el nombre de una persona, su símbolo comienza con una letra mayúscula (T), pero cuando se escribe completo, sigue las reglas de mayúsculas de un sustantivo común ; es decir, tesla se escribe con mayúscula al principio de una oración y en los títulos, pero en el resto de los casos se escribe con minúscula. ${\displaystyle \mathrm {C=A{\cdot }s} }$ $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {N}{A{\cdot }m}}} ,}$$ ${\displaystyle \mathrm {J=N{\cdot }m} }$ $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {J}{A{\cdot }m^{2}}}} ,}$$ ${\displaystyle \mathrm {Wb=V{\cdot }s} }$ $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {V{\cdot }{s}}{m^{2}}}} .}$$

Campo eléctrico vs. campo magnético

En la producción de la fuerza de Lorentz , la diferencia entre los campos eléctricos y los campos magnéticos es que la fuerza de un campo magnético sobre una partícula cargada se debe generalmente al movimiento de la partícula cargada, ^[3] mientras que la fuerza impartida por un campo eléctrico sobre una partícula cargada no se debe al movimiento de la partícula cargada. Esto se puede apreciar observando las unidades para cada uno. La unidad de campo eléctrico en el sistema de unidades MKS es newtons por culombio, N/C, mientras que el campo magnético (en teslas) se puede escribir como N/(C⋅m/s). El factor divisor entre los dos tipos de campo es metros por segundo (m/s), que es la velocidad. Esta relación resalta inmediatamente el hecho de que si un campo electromagnético estático se ve como puramente magnético, o puramente eléctrico, o alguna combinación de estos, depende del marco de referencia de uno (es decir, la velocidad de uno en relación con el campo). ^{[4] [5]}

En los ferroimanes , el movimiento que crea el campo magnético es el espín del electrón ^[6] (y en menor medida, el momento angular orbital del electrón ). En un cable que transporta corriente ( electroimanes ), el movimiento se debe a los electrones que se mueven a través del cable (ya sea que el cable sea recto o circular).

Conversión a unidades no pertenecientes al SI

Un tesla equivale a: ^{[7] [ página necesaria ]}

• 10 000 (o 10 ⁴ ) G ( gauss ), utilizados en el sistema CGS . Por lo tanto, 1 G = 10 ⁻⁴  T = 100 μT (microtesla).
• 1.000.000.000 (o 10 ⁹ ) γ (gamma), utilizado en geofísica . ^[8]

Para la relación con las unidades del campo magnetizante (amperio por metro u oersted ), consulte el artículo sobre permeabilidad .

Ejemplos

Los siguientes ejemplos se enumeran en orden ascendente de intensidad del campo magnético.

• 3,2 × 10 ⁻⁵  T (31,869 μT): intensidad del campo magnético de la Tierra a 0° de latitud y 0° de longitud
• 4 × 10 ⁻⁵  T (40 μT) – caminando bajo una línea eléctrica de alto voltaje ^[9]
• 5 × 10 ⁻³  T (5 mT): la fuerza de un imán de refrigerador típico
• 0,3 T: la fuerza de las manchas solares
• 1 T a 2,4 T: espacio entre bobinas de un imán de altavoz típico
• 1,5 T a 3 T: potencia de los sistemas de resonancia magnética médica en la práctica, experimentalmente hasta 17 T ^[10]
• 4 T – fuerza del imán superconductor construido alrededor del detector CMS en el CERN ^[11]
• 5,16 T: la resistencia de un conjunto Halbach a temperatura ambiente especialmente diseñado ^[12]
• 8 T – la fuerza de los imanes del LHC
• 11,75 T: la fuerza de los imanes de INUMAC, el escáner de resonancia magnética más grande ^[13]
• 13 T – fuerza del sistema de imanes superconductores del ITER ^[14]
• 14,5 T: la mayor intensidad de campo magnético jamás registrada para un imán de dirección de acelerador en Fermilab ^[15]
• 16 T – intensidad del campo magnético necesaria para hacer levitar una rana ^[16] (mediante la levitación diamagnética del agua en sus tejidos corporales) según el Premio Nobel de Física Ig de 2000 ^[17]
• 17,6 T: el campo más fuerte atrapado en un superconductor en un laboratorio en julio de 2014 ^[18]
• 20 T - fuerza del imán superconductor de alta temperatura a gran escala desarrollado por el MIT y Commonwealth Fusion Systems para su uso en reactores de fusión ^{[ cita requerida ]}
• 27 T – intensidades de campo máximas de electroimanes superconductores a temperaturas criogénicas
• 35,4 T: el récord mundial actual (2009) para un electroimán superconductor en un campo magnético de fondo ^[19]
• 45 T: el récord mundial actual (2015) para imanes de campo continuo ^[19]
• 97,4 T: el campo magnético más fuerte producido por un imán "no destructivo" ^[20]
• 100 T: intensidad aproximada del campo magnético de una estrella enana blanca típica
• 1200 T – el campo, que dura aproximadamente 100 microsegundos, se formó utilizando la técnica de compresión de flujo electromagnético ^[21]
• 10 ⁹ T – Límite de Schwinger por encima del cual se espera que el propio campo electromagnético se vuelva no lineal
• 10 ⁸ – 10 ¹¹  T (100 MT – 100 GT): rango de fuerza magnética de las estrellas de neutrones magnetares

Notas y referencias

1. "Detalles de las unidades del SI". sizes.com. 2011-07-01 . Consultado el 2011-10-04 .
2. El Sistema Internacional de Unidades (SI), 8.ª edición , BIPM , eds. (2006), ISBN 92-822-2213-6 , Tabla 3. Unidades derivadas coherentes en el SI con nombres y símbolos especiales Archivado el 18 de junio de 2007 en Wayback Machine. 
3. Gregory, Frederick (2003). Historia de la ciencia desde 1700 hasta la actualidad . The Teaching Company.
4. Parker, Eugene (2007). Conversaciones sobre campos eléctricos y magnéticos en el cosmos. Princeton University Press. pág. 65. ISBN 978-0691128412.
5. Kurt, Oughstun (2006). Propagación de pulsos electromagnéticos y ópticos. Springer. pág. 81. ISBN 9780387345994.
6. Herman, Stephen (2003). Libro de texto estándar de electricidad de Delmar. Delmar Publishers. pág. 97. ISBN 978-1401825652.
7. Enciclopedia McGraw Hill de Física (2.ª edición), CB Parker, 1994, ISBN 0-07-051400-3 . 
8. "definición de gamma". Referencia de Oxford . Consultado el 2 de enero de 2024 .
9. "CEM: 7. Campos de frecuencia extremadamente baja como los de las líneas eléctricas y los electrodomésticos". ec.europa.eu . Archivado desde el original el 24 de febrero de 2021 . Consultado el 13 de mayo de 2022 .
10. "Campo ultraalto". Bruker BioSpin. Archivado desde el original el 21 de julio de 2012. Consultado el 4 de octubre de 2011 .
11. "Imán superconductor en CMS" . Consultado el 9 de febrero de 2013 .
12. "El imán dipolar permanente más potente" (PDF) . Consultado el 2 de mayo de 2020 .
13. "ISEULT – INUMAC" . Consultado el 17 de febrero de 2014 .
14. "ITER – el camino hacia la nueva energía" . Consultado el 19 de abril de 2012 .
15. Hesla, Leah (13 de julio de 2020). «Fermilab alcanza un campo de 14,5 teslas para un imán de acelerador, estableciendo un nuevo récord mundial» . Consultado el 13 de julio de 2020 .
16. Berry, MV; Geim, AK (1997). "Of Flying Frogs and Levitrons" de MV Berry y AK Geim, European Journal of Physics, v. 18, 1997, p. 307–13" (PDF) . European Journal of Physics . 18 (4): 307–313. doi :10.1088/0143-0807/18/4/012. S2CID  1499061. Archivado desde el original (PDF) el 8 de octubre de 2020 . Consultado el 4 de octubre de 2020 .
17. "Los ganadores del Premio Ig Nobel del año 2000". Agosto de 2006. Consultado el 12 de mayo de 2013 .)
18. "Superconductor atrapa el campo magnético más fuerte hasta ahora". 2 de julio de 2014. Consultado el 2 de julio de 2014 .
19. "Mag Lab World Records". Media Center . Laboratorio Nacional de Altos Campos Magnéticos, EE. UU. 2008 . Consultado el 24 de octubre de 2015 .
20. "Campo magnético pulsado récord mundial". Physics World . 31 de agosto de 2011 . Consultado el 26 de enero de 2022 .)
21. D. Nakamura, A. Ikeda, H. Sawabe, YH Matsuda y S. Takeyama (2018) , Hito del campo magnético

Enlaces externos

• Herramienta de conversión de Gauss a Tesla