Đơn vị Tesla (T) là gì? Cách quy đổi đơn vị Tesla chuẩn SI

Đơn vị Tesla (T) là gì?

Tesla (ký hiệu: T) là đơn vị mật độ từ thông (hay còn gọi là độ mạnh của từ trường B) trong Hệ đơn vị quốc tế (SI). Một tesla tương đương với một weber trên mỗi mét vuông (1 T = 1 Wb/m²).

Đơn vị này được công bố trong Hội nghị Toàn thể về Cân đo (General Conference on Weights and Measures) vào năm 1960, và được đặt tên để vinh danh nhà phát minh người Serbia-Mỹ Nikola Tesla, theo đề xuất của kỹ sư điện người Slovenia France Avčin.

Định nghĩa về đơn vị Tesla

Một hạt mang điện tích một coulomb (C), chuyển động vuông góc với một từ trường có cường độ một tesla, với vận tốc một mét trên giây (m/s), sẽ chịu một lực có độ lớn bằng một newton (N), theo định luật lực Lorentz.

Điều này có thể biểu diễn như sau:

T = N⋅s / C⋅m

Vì tesla là một đơn vị dẫn xuất trong hệ SI, nó có thể được biểu diễn bằng các đơn vị khác:
Ví dụ, một từ thông 1 weber (Wb) đi qua một diện tích 1 mét vuông tương ứng với mật độ từ thông 1 tesla:

T = Wb/ m^2

Nếu biểu diễn hoàn toàn bằng các đơn vị cơ bản của SI, thì:

T=kg / A⋅s^2​

Trong đó:

• A là ampe
• kg là kilôgam
• s là giây

Ngoài ra, có thể suy ra các dạng tương đương khác dựa trên mối quan hệ giữa các đơn vị:

Điện tích (C = A·s):

T=N / A⋅m

Mối quan hệ giữa newton và jun (J = N·m):

T= J / A⋅m^2

Địịnh nghĩa của weber (Wb = V·s):

T=V⋅s / m^2

Điện trường và Từ trường

Trong việc tạo ra lực Lorentz, sự khác biệt giữa điện trường và từ trường nằm ở chỗ:

• Lực của từ trường tác dụng lên một hạt mang điện phụ thuộc vào chuyển động của hạt đó,
• Trong khi đó, lực của điện trường tác dụng lên hạt mang điện không phụ thuộc vào chuyển động của hạt.

Điều này có thể thấy rõ khi xét đơn vị đo của mỗi đại lượng:

• Đơn vị của điện trường trong hệ MKS là newton trên coulomb (N/C).
• Đơn vị của từ trường (tính bằng tesla) có thể viết là N/(C·m/s).

Yếu tố khác biệt giữa hai đơn vị này là mét trên giây (m/s) — chính là vận tốc.

Điều này cho thấy rằng, việc một trường điện từ tĩnh được quan sát là hoàn toàn điện, hoàn toàn từ, hay kết hợp cả hai, phụ thuộc vào hệ quy chiếu của người quan sát, tức là vận tốc tương đối giữa người quan sát và trường điện từ.

Trong vật liệu sắt từ (ferromagnet), chuyển động tạo ra từ trường chủ yếu đến từ chuyển động quay (spin) của electron (và ở mức độ nhỏ hơn là moment động lượng quỹ đạo của electron).

Còn trong dây dẫn có dòng điện (nam châm điện), chuyển động tạo ra từ trường là do các electron di chuyển qua dây dẫn, dù dây dẫn đó thẳng hay uốn cong.

Đơn vị đo Tesla trong hệ thống đơn vị quốc tế SI

Một số ví dụ về cường độ của từ trường

• Dưới đây là các ví dụ được liệt kê theo thứ tự tăng dần của độ mạnh từ trường:
• 3.2×10⁻⁵ T (≈31.9 μT) – cường độ từ trường Trái Đất tại vĩ độ 0°, kinh độ 0°
• 4×10⁻⁵ T (40 μT) – khi đi dưới đường dây điện cao thế
• 5×10⁻³ T (5 mT) – cường độ từ của nam châm tủ lạnh thông thường
• 0.3 T – cường độ từ của vết đen Mặt Trời (sunspots)
• 1–2.4 T – khe cuộn dây của nam châm loa thường gặp
• 1.5–3 T – cường độ từ trong các máy chụp cộng hưởng từ (MRI) y tế, có thể đạt 17 T trong thí nghiệm
• 4 T – nam châm siêu dẫn bao quanh máy dò CMS tại CERN
• 5.16 T – từ trường của mảng Halbach đặc biệt ở nhiệt độ phòng
• 8 T – nam châm của Máy Gia tốc Hạt Lớn (LHC)
• 11.75 T – nam châm MRI lớn nhất của INUMAC
• 13 T – hệ thống nam châm siêu dẫn của lò phản ứng tổng hợp hạt nhân ITER
• 14.5 T – cường độ từ cao nhất từng đạt được cho nam châm điều hướng máy gia tốc tại Fermilab
• 16 T – hiện tượng từ tính nghịch từ trong mô nước cơ thể – Giải Ig Nobel Vật lý năm 2000
• 17.6 T – từ trường mạnh nhất bị “giữ lại” trong một siêu dẫn (2014)
• 20 T – nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao do MIT và Commonwealth Fusion Systems phát triển cho lò phản ứng nhiệt hạch
• 27 T – cường độ tối đa của nam châm siêu dẫn ở nhiệt độ cực thấp (cryogenic)
• 35.4 T – kỷ lục thế giới (2009) cho nam châm siêu dẫn trong từ trường nền
• 45 T – kỷ lục thế giới (2015) cho nam châm tạo từ trường liên tục
• 97.4 T – từ trường mạnh nhất tạo ra bởi nam châm “không phá hủy”
• 100 T – cường độ từ điển hình của sao lùn trắng (white dwarf)
• 1200 T – từ trường tồn tại trong khoảng 100 microgiây, tạo bằng kỹ thuật nén thông lượng điện từ
• 10⁹ T – giới hạn Schwinger, mức mà trường điện từ được dự đoán trở nên phi tuyến
• 10⁸ – 10¹¹ T (100 MT – 100 GT) – phạm vi cường độ từ của sao neutron dạng magnetar (vật thể có từ trường mạnh nhất vũ trụ)