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 B ) 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 en 1960 y lleva el nombre ^[1] en honor del 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 culombio (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), según a la ley de fuerzas de Lorentz . Eso es, $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {N{\cdot }s}{C{\cdot }m}}} .}$$

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

Equivalencias adicionales resultan 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 lleva el nombre de Nikola Tesla . Como ocurre con cada unidad SI que lleva el nombre de una persona, su símbolo comienza con una letra mayúscula (T), pero cuando se escribe completo, sigue las reglas de uso de mayúsculas de un sustantivo común ; es decir, tesla se escribe en mayúscula al principio de una oración y en los títulos, pero por lo demás se escribe en minúsculas. ${\displaystyle \mathrm {C=A{\cdot }s} }$ $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {N}{A{\cdot }m}}} ,}$$ ${\displaystyle \mathrm {J=N{\cdot }m} }$ $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {J}{A{\cdot }m^{2}}}} ,}$$ ${\displaystyle \mathrm {Wb=V{\cdot }s} }$ $${\displaystyle \mathrm {T={\dfrac {V{\cdot }{s}}{m^{2}}}} .}$$

Campo eléctrico versus campo magnético

En la producción de la fuerza de Lorentz , la diferencia entre campos eléctricos y campos magnéticos es que una fuerza de un campo magnético sobre una partícula cargada generalmente se debe 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 mirando las unidades de 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 divisorio entre los dos tipos de campo es metros por segundo (m/s), que es la velocidad. Esta relación resalta inmediatamente el hecho de que el hecho de que un campo electromagnético estático sea visto como puramente magnético, o puramente eléctrico, o alguna combinación de ambos, depende del marco de referencia de cada uno (es decir, su velocidad relativa al campo). ^{[4] [5]}

En los ferromagnetos , 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 portador de corriente ( electroimanes ) el movimiento se debe a que los electrones 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 ), utilizado en el sistema CGS . Por 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 (amperios 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, 0 ° de longitud
• 4 × 10 ⁻⁵  T (40 μT): caminar 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: separación de la bobina de un imán de altavoz típico
• 1,5 T a 3 T: potencia de los sistemas médicos de resonancia magnética 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 una matriz Halbach a temperatura ambiente especialmente diseñada ^[12]
• 8 T: la fuerza de los imanes del LHC
• 11,75 T: la fuerza de los imanes INUMAC, el escáner de resonancia magnética más grande ^[13]
• 13 T – fuerza del sistema magnético superconductor ITER ^[14]
• 14,5 T: la intensidad de campo magnético más alta jamás registrada para un imán de dirección de acelerador en Fermilab ^[15]
• 16 T – intensidad del campo magnético necesaria para levitar una rana ^[16] (por levitación diamagnética del agua en los tejidos de su cuerpo) según el Premio Ig Nobel de Física 2000 ^[17]
• 17,6 T: campo más fuerte atrapado en un superconductor en un laboratorio en julio de 2014 ^[18]
• Fuerza de 20 T del imán superconductor de alta temperatura a gran escala desarrollado por el MIT y Commonwealth Fusion Systems para ser utilizado en reactores de fusión ^{[ cita necesaria ]}
• 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: 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 mediante 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 SI". tamaños.com. 2011-07-01 . Consultado el 4 de octubre de 2011 .
2. El Sistema Internacional de Unidades (SI), octava 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. Gregorio, Federico (2003). Historia de la ciencia desde 1700 hasta la actualidad . La Compañía Docente.
4. Parker, Eugenio (2007). Conversaciones sobre campos eléctricos y magnéticos en el cosmos. Prensa de la Universidad de Princeton. pag. 65.ISBN​ 978-0691128412.
5. Kurt, Oughstun (2006). Propagación de pulsos electromagnéticos y ópticos. Saltador. pag. 81.ISBN​ 9780387345994.
6. Herman, Stephen (2003). Libro de texto estándar de electricidad de Delmar. Editorial Delmar. pag. 97.ISBN​ 978-1401825652.
7. Enciclopedia de física de McGraw Hill (segunda edición), CB Parker, 1994, ISBN 0-07-051400-3 
8. "definición gamma". Referencia de Oxford . Consultado el 2 de enero de 2024 .
9. "EMF: 7. Campos de frecuencia extremadamente baja, como los de líneas eléctricas y electrodomésticos". ec.europa.eu . Archivado desde el original el 24 de febrero de 2021 . Consultado el 13 de mayo de 2022 .
10. "Campo ultra alto". 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 dipolo permanente más fuerte" (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 logra un campo de 14,5 teslas para un imán acelerador, estableciendo un nuevo récord mundial" . Consultado el 13 de julio de 2020 .
16. Baya, MV; Geim, Alaska (1997). "Of Flying Frogs and Levitrons" por 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 2000". Agosto de 2006 . Consultado el 12 de mayo de 2013 .)
18. "El superconductor atrapa el campo magnético más fuerte hasta el momento". 2 de julio de 2014 . Consultado el 2 de julio de 2014 .
19. "Récords mundiales de Mag Lab". Centro de Medios . Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético, Estados Unidos. 2008 . Consultado el 24 de octubre de 2015 .
20. "Récord mundial de campo magnético pulsado". Mundo de la Física . 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 ↔ Tesla