Tesla (T): SI jednotka magnetické indukce — definice a použití
Tesla (T) — jednotka magnetické indukce: definice, převody, historie a praktické použití v elektrotechnice a vědě. Přehled měření, příklady a aplikace.
Tesla (symbol T) je odvozená jednotka SI používaná k měření intenzity magnetického pole (konkrétně magnetické indukce, označované B). Tesla se může vyjádřit různými ekvivalentními způsoby; například jeden tesla se rovná jednomu weberu na metr čtvereční (1 T = 1 Wb/m²). Rovněž platí vztahy 1 T = 1 N/(A·m) = 1 kg·s⁻²·A⁻¹.
Tesla byla poprvé definována v roce 1960 Generální konferencí pro míry a váhy (CGPM). Byla pojmenována na počest fyzika, elektroinženýra a vynálezce Nikoly Tesly.
Význam a vztahy
Magnetická indukce B popisuje sílu magnetického pole působícího na pohybující se náboje nebo na vodič s proudem. Z praktických vztahů:
- síla na přímý vodič délky L s proudem I ve směru kolmém k poli: F = I·L·B ⇒ B = F/(I·L),
- Lorentzova síla na částici s nábojem q pohybující se rychlostí v: F = q·v×B,
- magnetický tok Φ pro homogenní pole přes plochu A: Φ = B·A (jednotka toku je weber, Wb).
Převody a související jednotky
- 1 T = 1 Wb/m².
- 1 T = 10⁴ gauss (G), tedy 1 mT = 10 G a 1 µT = 10⁻² G.
- Síla permeability vakuového prostoru μ₀ = 4π·10⁻⁷ H/m (N/A²) se často objevuje ve výpočtech magnetických polí (např. ideální dlouhý solenoid: B = μ₀·n·I, kde n je počet závitů na jednotku délky).
Měření
Magnetické pole se měří pomocí přístrojů jako jsou gaussmetry (Hallovy sondy), fluxmetry nebo velmi citlivé SQUIDy (Superconducting Quantum Interference Device) pro velmi slabá pole. Pro technické účely se často používají Hallovy sondy; pro přesná laboratorní měření se využívají speciální detektory a kalibrace.
Příklady běžných velikostí pole
- zemské magnetické pole: přibližně 25–65 µT (mikrotesla),
- běžný nábytkový magnet: několik mT (milli-tesla),
- lékařská magnetická rezonance (MRI): typicky 1,5–3 T (klinické přístroje),
- silné laboratorní permanentní nebo supravodivé magnety v částicových urychlovačích: jednotky až desítky tesla (např. dipóly LHC kolem ~8 T),
- nejvýkonnější laboratorní pole: desítky T pro stálé pole; pulzní magnety mohou dosahovat i stovek tesla po velmi krátkou dobu.
Použití
- elektromotory a generátory, transformátory a cívky,
- lékařské zobrazování (MRI),
- urychlovače částic a experimentální fyzika,
- magnetická levitace (maglev),
- datová úložiště a čtecí/zapisovací hlavy,
- magnetické senzory (Hallův efekt, magnetorezistance) v elektronice a průmyslu.
Tesla jako jednotka poskytuje jednotné měřítko pro porovnání magnetických polí v různých oborech — od geofyziky přes průmysl až po lékařství a základní fyziku.
Definice
Definice tesla je pouze sedm základních jednotek SI:
T = kg A ⋅ s 2 {\displaystyle {\mbox{T}}={\dfrac {\mbox{kg}}{{\mbox{A}}\cdot {\mbox{s}}^{2}}}} 
Při použití jiných odvozených jednotek SI se tesla rovná:
T = V ⋅ s m 2 = N A ⋅ m = Wb m 2 = kg C ⋅ s = N ⋅ s C ⋅ m {\displaystyle {\mbox{T}}={\dfrac {{\mbox{V}}\cdot {\mbox{s}}}}{{{\mbox{m}}^{2}}}={\dfrac {\mbox{N}}{{\mbox{A}}\cdot {\mbox{m}}}}={\dfrac {\mbox{Wb}}{{{\mbox{m}}^{2}}}={\dfrac {\mbox{kg}}{{{\mbox{C}}\cdot {\mbox{s}}}}={\dfrac {{\mbox{N}}\cdot {\mbox{s}}}{{{\mbox{C}}\cdot {\mbox{m}}}}} 
Používají se tyto jednotky:
A = ampér
C = coulomb
kg = kilogram
m = metr
N = newton
s = sekunda
T = tesla
V = volt
Wb = weber
Tesla se v soustavě jednotek CGS rovná také 10 000 (104 ) gaussům.
Příklad hodnot
- 3,1×10−5 -5,8-5 T - magnetické pole Země na jejím povrchu.
- 5×10-3 T - síla běžného magnetu na ledničku
- 0,3 T - síla slunečních skvrn
- 1,25 T - síla povrchu neodymového magnetu
- 1,5-3 T - síla lékařských systémů magnetické rezonance
- 4 T - síla supravodivého magnetu postaveného kolem detektoru CMS v CERNu
- 13 T - síla fúzního reaktoru ITER
- 16 T - intenzita magnetického pole potřebná k levitaci žáby v rámci projektu oceněného Ig Nobelovou cenou.
Vyhledávání