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Tesla (Einheit der magnetischen Flussdichte)

Der Tesla (T) ist die SI-Einheit der magnetischen Flussdichte. Artikel erklärt Definition, Größenordnung, Geschichte, verbreitete Anwendungen und Messverfahren.

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Überblick

Der Tesla, abgekürzt T, ist die abgeleitete SI-Einheit zur Beschreibung der magnetischen Flussdichte oder Magnetfeldstärke. Als standardisierte Einheit wird er in Wissenschaft, Medizin und Technik genutzt, um die Stärke von Magnetfeldern vergleichbar anzugeben. Als SI-Einheit wird der Tesla in einschlägigen Verzeichnissen und Lehrbüchern geführt: SI-Einheiten.

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File:Nikola_Tesla_memorial.jpg
en.wikipedia.org · CC BY 4.0

Definition und Rechenbeziehungen

Formal entspricht ein Tesla einem Weber pro Quadratmeter: 1 T = 1 Wb/m². Die Einheit lässt sich auf verschiedene physikalische Ausdrucksformen zurückführen, etwa in mechanischen und elektrischen Größen. Gängige äquivalente Darstellungen sind:

  • 1 T = 1 N / (A·m) – Kraft pro Strom und Länge
  • 1 T = 1 V·s / m² – Magnetischer Fluss pro Flächeneinheit (Weber pro Quadratmeter)

Der Tesla steht somit in direkter Beziehung zum Weber (Wb) und beschreibt, wie viel magnetischer Fluss senkrecht auf eine Fläche von einem Quadratmeter wirkt. Er wird verwendet, um Magnetfelder allgemein zu spezifizieren (Magnetfelder).

Geschichte und Namensgebung

Die Bezeichnung "Tesla" wurde zu Ehren des Erfinders und Elektroingenieurs Nikola Tesla gewählt. Der Name erinnert an seinen Beitrag zur Elektrotechnik und Wechselstromtechnik. Die offizielle Einführung der Einheit erfolgte durch internationale Gremien in der Mitte des 20. Jahrhunderts; maßgebliche Beschlüsse fassen Normen und Empfehlungen zusammen (Nikola Tesla, Konferenz und Normung).

Anwendungen und typische Werte

Die Bandbreite der in der Praxis vorkommenden Magnetfeldstärken reicht über viele Größenordnungen:

  • Die Erdmagnetfeldstärke liegt in der Größenordnung von einigen zehn Millionstel bis hundertmillionstel Tesla (Mikrotesla).
  • Alltagsmagnete und Lautsprechermagnete erreichen Millitesla bis einige hundert Millitesla.
  • Medizinische Bildgebung (MRT) arbeitet typischerweise mit Magnetfeldern von etwa 1,5 T bis 3 T; in der Forschung werden Feldstärken von mehreren Zehntes Tesla erreicht, kurzzeitige Pulsmagnete können noch höhere Werte erzeugen.

Messung und praktische Hinweise

Magnetfelder werden mit verschiedenen Sensoren gemessen: Hall-Sonden, Fluxgate-Magnetometer, SQUIDs oder induktive Verfahren zur Bestimmung des magnetischen Flusses. Bei starken Magnetfeldern sind Sicherheitsaspekte, Abschirmung und Materialverträglichkeit wichtig. Zudem wird in manchen Fachgebieten statt des Tesla die ältere cgs-Einheit Gauss verwendet; 1 T entspricht 10 000 Gauss, weshalb bei Literaturrecherchen auf die Einheit geachtet werden sollte.

Besondere Fakten

Der Tesla als Einheit verbindet elektrische und mechanische Größen und ist in vielen Disziplinen ein zentrales Maß für Feldstärke. Seine Einführung als international anerkannte Einheit vereinheitlichte die Beschreibung magnetischer Phänomene in Wissenschaft und Technik.

Definitionen

Die Definition einer Tesla ist nur mit den sieben SI-Basiseinheiten möglich:

T = kg A ⋅ s 2 {\displaystyle {\mbox{T}}={\dfrac {\mbox{kg}}{{\mbox{A}}\cdot {\mbox{s}}^{2}}}} {\displaystyle {\mbox{T}}={\dfrac {\mbox{kg}}{{\mbox{A}}\cdot {\mbox{s}}^{2}}}}

Bei Verwendung anderer abgeleiteter SI-Einheiten ist eine Tesla ebenfalls gleich:

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}}}}} {\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}}}}}

Die verwendeten Einheiten sind:

A = Ampere
C = Coulomb
kg = Kilogramm
m = Meter
N = Newton
s = Sekunde
T = Tesla
V = Volt
Wb = Weber

Ein Tesla entspricht auch 10.000 (104) Gauß im CGS-Einheitensystem.

Beispiel-Werte

  • 3,1×10-5-5,8-5 T - das Magnetfeld der Erde an ihrer Oberfläche
  • 5×10-3 T - die Stärke eines typischen Kühlschrankmagneten
  • 0,3 T - die Stärke der solaren Sonnenflecken
  • 1,25T - die Stärke der Oberfläche eines Neodym-Magneten
  • 1,5-3 T - Stärke von medizinischen Magnetresonanz-Bildgebungssystemen
  • 4 T - Stärke des supraleitenden Magneten um den CMS-Detektor am CERN
  • 13 T - Festigkeit des Fusionsreaktors ITER
  • 16 T - Magnetfeldstärke, die erforderlich ist, um einen Frosch als Teil eines mit dem Ig-Nobelpreis ausgezeichneten Projekts schweben zu lassen.

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AlegsaOnline.com Tesla (Einheit der magnetischen Flussdichte)

URL: https://de.alegsaonline.com/art/97193

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