Convertidor de Camp Magnètic
Convertidor de Camp Magnètic: Tesla, Gauss, A/m, Oersted - Guia Completa de Densitat de Flux Magnètic i Intensitat de Camp
Els camps magnètics són forces invisibles que envolten els imants, els corrents elèctrics i fins i tot tot el nostre planeta. Comprendre les unitats de camp magnètic és essencial per a enginyers elèctrics, físics, tècnics de ressonància magnètica i qualsevol persona que treballi amb electroimants o motors. Però aquí hi ha la distinció crucial que la majoria de la gent passa per alt: hi ha DUES mesures magnètiques fonamentalment diferents—el camp B (densitat de flux) i el camp H (intensitat de camp)—i convertir entre elles requereix conèixer les propietats magnètiques del material. Aquesta guia explica el Tesla, el Gauss, l'A/m, l'Oersted i la física darrere de les mesures del camp magnètic.
Què és un Camp Magnètic?
Un camp magnètic és un camp vectorial que descriu la influència magnètica sobre càrregues elèctriques en moviment, corrents elèctrics i materials magnètics. Els camps magnètics són produïts per càrregues en moviment (corrents elèctrics) i moments magnètics intrínsecs de partícules elementals (com els electrons).
Les Dues Quantitats del Camp Magnètic
Camp B (Densitat de Flux Magnètic)
Mesura la força magnètica real experimentada per una càrrega en moviment. Inclou l'efecte del material. Unitats: Tesla (T), Gauss (G), Weber/m².
Fórmula: F = q(v × B)
on: F = força, q = càrrega, v = velocitat, B = densitat de flux
Camp H (Intensitat de Camp Magnètic)
Mesura la força magnetitzant que crea el camp, independentment del material. Unitats: Ampere/metre (A/m), Oersted (Oe).
Fórmula: H = B/μ₀ - M (en buit: H = B/μ₀)
on: μ₀ = permeabilitat de l'espai lliure = 1.257×10⁻⁶ T·m/A, M = magnetització
En buit o aire: B = μ₀ × H. En materials magnètics: B = μ₀ × μᵣ × H, on μᵣ és la permeabilitat relativa (1 per a l'aire, fins a 100.000+ per a alguns materials!)
Dades Ràpides sobre el Camp Magnètic
El camp magnètic de la Terra és d'aproximadament 25-65 microtesles (0.25-0.65 Gauss) a la superfície—suficient per desviar les agulles de les brúixoles
Un imant de nevera produeix aproximadament 0.001 Tesla (10 Gauss) a la seva superfície
Les màquines de ressonància magnètica (MRI) utilitzen d'1.5 a 7 Tesles—fins a 140.000 vegades més fort que el camp de la Terra!
El camp magnètic continu més fort mai creat en un laboratori: 45.5 Tesles (Florida State University)
Les estrelles de neutrons tenen camps magnètics de fins a 100 milions de Tesles—els més forts de l'univers
El cervell humà produeix camps magnètics d'aproximadament 1-10 picotesles, mesurables amb escanejos MEG
Els trens Maglev utilitzen camps magnètics d'1-4 Tesles per levitar i propulsar trens a més de 600 km/h
1 Tesla = 10.000 Gauss exactament (relació definida entre els sistemes SI i CGS)
Fórmules de Conversió - Com Convertir Unitats de Camp Magnètic
Les conversions de camp magnètic es divideixen en dues categories: les conversions de camp B (densitat de flux) són directes, mentre que les conversions de camp B ↔ camp H requereixen les propietats del material.
Conversions de Camp B (Densitat de Flux) - Tesla ↔ Gauss
Unitat base: Tesla (T) = 1 Weber/m² = 1 kg/(A·s²)
| De | A | Fórmula | Exemple |
|---|---|---|---|
| T | G | G = T × 10,000 | 0.001 T = 10 G |
| G | T | T = G ÷ 10,000 | 1 G = 0.0001 T |
| T | mT | mT = T × 1,000 | 0.001 T = 1 mT |
| T | µT | µT = T × 1,000,000 | 0.00005 T = 50 µT |
| G | mG | mG = G × 1,000 | 0.5 G = 500 mG |
Consell ràpid: Recorda: 1 T = 10.000 G exactament. El camp de la Terra ≈ 50 µT = 0.5 G.
Pràctic: Escaneig MRI: 1.5 T = 15.000 G. Imant de nevera: 0.01 T = 100 G.
Conversions de Camp H (Intensitat de Camp) - A/m ↔ Oersted
Unitat base: Ampere per metre (A/m) - unitat SI per a la força magnetitzant
| De | A | Fórmula | Exemple |
|---|---|---|---|
| Oe | A/m | A/m = Oe × 79.5775 | 1 Oe = 79.58 A/m |
| A/m | Oe | Oe = A/m ÷ 79.5775 | 1000 A/m = 12.57 Oe |
| kA/m | Oe | Oe = kA/m × 12.566 | 10 kA/m = 125.7 Oe |
Consell ràpid: 1 Oersted ≈ 79.58 A/m. S'utilitza en el disseny d'electroimants i en l'enregistrament magnètic.
Pràctic: Coercitivitat del disc dur: 200-300 kA/m. Electroimant: 1000-10000 A/m.
Conversió de Camp B ↔ Camp H (NOMÉS EN BUIT)
| De | A | Fórmula | Exemple |
|---|---|---|---|
| A/m | T | T = A/m × μ₀ = A/m × 1.257×10⁻⁶ | 1000 A/m = 0.001257 T |
| T | A/m | A/m = T ÷ μ₀ = T ÷ 1.257×10⁻⁶ | 0.001 T = 795.8 A/m |
| Oe | G | G ≈ Oe (en buit) | 1 Oe ≈ 1 G en aire |
| Oe | T | T = Oe × 0.0001 | 100 Oe = 0.01 T |
Fórmula del material: En materials: B = μ₀ × μᵣ × H, on μᵣ = permeabilitat relativa
Valors de μᵣ per a Materials Comuns
| Material | Valor μᵣ |
|---|---|
| Buit, aire | 1.0 |
| Alumini, coure | ~1.0 |
| Níquel | 100-600 |
| Acer dolç | 200-2,000 |
| Acer de silici | 1,500-7,000 |
| Permalloy | 8,000-100,000 |
| Supermalloy | up to 1,000,000 |
En ferro (μᵣ ≈ 2000), 1000 A/m crea 2.5 T, no 0.00126 T!
CRÍTIC: Comprendre la diferència entre el Camp B i el Camp H
Confondre B i H pot portar a errors catastròfics en el disseny d'electroimants, càlculs de motors i blindatge magnètic!
- El camp B (Tesla, Gauss) és el que MESUREU amb un gaussímetre o una sonda Hall
- El camp H (A/m, Oersted) és el que APLIQUEU amb corrent a través de bobines
- En aire: 1 Oe ≈ 1 G i 1 A/m = 1.257 µT (el nostre convertidor utilitza això)
- En ferro: el mateix camp H produeix un camp B 1000 vegades més fort a causa de la magnetització del material!
- Les especificacions de la ressonància magnètica (MRI) utilitzen el camp B (Tesla) perquè és el que afecta el cos
- El disseny d'electroimants utilitza el camp H (A/m) perquè és el que crea el corrent
Comprendre Cada Unitat de Camp Magnètic
Tesla (T)(Camp B)
Definició: Unitat SI de la densitat de flux magnètic. 1 T = 1 Weber/m² = 1 kg/(A·s²)
Anomenat en honor a: Nikola Tesla (1856-1943), inventor i enginyer elèctric
Ús: Màquines de ressonància magnètica (MRI), imants de recerca, especificacions de motors
Valors típics: Terra: 50 µT | Imant de nevera: 10 mT | MRI: 1.5-7 T
Gauss (G)(Camp B)
Definició: Unitat CGS de la densitat de flux magnètic. 1 G = 10⁻⁴ T = 100 µT
Anomenat en honor a: Carl Friedrich Gauss (1777-1855), matemàtic i físic
Ús: Equips antics, geofísica, gaussímetres industrials
Valors típics: Terra: 0.5 G | Imant d'altaveu: 1-2 G | Imant de neodimi: 1000-3000 G
Ampere per metre (A/m)(Camp H)
Definició: Unitat SI de la intensitat de camp magnètic. Corrent per unitat de longitud que crea el camp.
Ús: Disseny d'electroimants, càlculs de bobines, proves de materials magnètics
Valors típics: Terra: 40 A/m | Solenoide: 1000-10000 A/m | Imant industrial: 100 kA/m
Oersted (Oe)(Camp H)
Definició: Unitat CGS de la intensitat de camp magnètic. 1 Oe = 79.5775 A/m
Anomenat en honor a: Hans Christian Ørsted (1777-1851), descobridor de l'electromagnetisme
Ús: Enregistrament magnètic, especificacions d'imants permanents, cicles d'histèresi
Valors típics: Coercitivitat del disc dur: 2000-4000 Oe | Imant permanent: 500-2000 Oe
Microtesla (µT)(Camp B)
Definició: Una milionèsima part d'un Tesla. 1 µT = 10⁻⁶ T = 0.01 G
Ús: Geofísica, navegació, mesures de camps electromagnètics (EMF), biomagnetisme
Valors típics: Camp de la Terra: 25-65 µT | Cervell (MEG): 0.00001 µT | Línies elèctriques: 1-10 µT
Gamma (γ)(Camp B)
Definició: Equivalent a 1 nanotesla. 1 γ = 1 nT = 10⁻⁹ T. S'utilitza en geofísica.
Ús: Prospeccions magnètiques, arqueologia, exploració de minerals
Valors típics: Detecció d'anomalies magnètiques: 1-100 γ | Variació diària: ±30 γ
Descobriment de l'electromagnetisme
1820 — Hans Christian Ørsted
Electromagnetisme
Durant una demostració en una conferència, Ørsted va observar que l'agulla d'una brúixola es desviava prop d'un fil conductor de corrent. Aquesta va ser la primera observació que va relacionar l'electricitat i el magnetisme. Va publicar les seves troballes en llatí, i en poques setmanes, científics de tot Europa estaven replicant l'experiment.
Va demostrar que els corrents elèctrics creen camps magnètics, fundant el camp de l'electromagnetisme
1831 — Michael Faraday
Inducció electromagnètica
Faraday va descobrir que els camps magnètics canviants creen corrents elèctrics. Moure un imant a través d'una bobina de filferro generava electricitat—el principi darrere de cada generador elèctric i transformador d'avui.
Va fer possible la generació d'energia elèctrica, els transformadors i la xarxa elèctrica moderna
1873 — James Clerk Maxwell
Teoria electromagnètica unificada
Les equacions de Maxwell van unificar l'electricitat, el magnetisme i la llum en una sola teoria. Va introduir els conceptes de camp B i camp H com a quantitats diferents, demostrant que la llum és una ona electromagnètica.
Va predir les ones electromagnètiques, donant lloc a la ràdio, el radar i la comunicació sense fils
1895 — Hendrik Lorentz
Llei de la força de Lorentz
Va descriure la força sobre una partícula carregada que es mou en camps magnètics i elèctrics: F = q(E + v × B). Aquesta fórmula és fonamental per entendre com funcionen els motors, els acceleradors de partícules i els tubs de raigs catòdics.
Base per entendre el moviment de partícules en camps, l'espectrometria de masses i la física del plasma
1908 — Heike Kamerlingh Onnes
Superconductivitat
Refredant el mercuri a 4.2 K, Onnes va descobrir que la seva resistència elèctrica desapareixia completament. Els superconductors expulsen els camps magnètics (efecte Meissner), permetent imants ultraforts amb zero pèrdua d'energia.
Va portar a les màquines de ressonància magnètica (MRI), els trens Maglev i els imants dels acceleradors de partícules que produeixen camps de més de 10 Tesles
1960 — Theodore Maiman
Primer làser
Tot i que no va ser directament sobre magnetisme, els làsers van permetre mesures precises del camp magnètic a través d'efectes magneto-òptics com la rotació de Faraday i l'efecte Zeeman.
Va revolucionar la detecció de camps magnètics, els aïlladors òptics i l'emmagatzematge de dades magnètiques
1971 — Raymond Damadian
Imatge mèdica per ressonància magnètica (MRI)
Damadian va descobrir que el teixit cancerós té temps de relaxació magnètica diferents que el teixit sa. Això va portar a la MRI (Imatge per Ressonància Magnètica), que utilitza camps d'1.5-7 Tesles per crear exploracions corporals detallades sense radiació.
Va transformar el diagnòstic mèdic, permetent la imatge no invasiva de teixits tous, cervell i òrgans
Aplicacions Reals dels Camps Magnètics
Imatge i Tractament Mèdic
Escàners de Ressonància Magnètica (MRI)
Intensitat del camp: 1.5-7 Tesles
Creen imatges 3D detallades de teixits tous, cervell i òrgans
MEG (Magnetoencefalografia)
Intensitat del camp: 1-10 picotesles
Mesura l'activitat cerebral detectant camps magnètics minúsculs de les neurones
Hipertèrmia Magnètica
Intensitat del camp: 0.01-0.1 Tesles
Escalfa nanopartícules magnètiques en tumors per eliminar cèl·lules canceroses
TMS (Estimulació Magnètica Transcranial)
Intensitat del camp: polsos d'1-2 Tesles
Tracta la depressió estimulant regions cerebrals amb polsos magnètics
Transport
Trens Maglev
Intensitat del camp: 1-4 Tesles
Leviten i propulsen trens a més de 600 km/h amb zero fricció
Motors Elèctrics
Intensitat del camp: 0.5-2 Tesles
Converteixen l'energia elèctrica en moviment mecànic en vehicles elèctrics, electrodomèstics, robots
Coixinets Magnètics
Intensitat del camp: 0.1-1 Tesles
Suport sense fricció per a turbines i volants d'inèrcia d'alta velocitat
Emmagatzematge de Dades i Electrònica
Discos Durs
Intensitat del camp: coercitivitat de 200-300 kA/m
Emmagatzemen dades en dominis magnètics; els capçals de lectura detecten camps de 0.1-1 mT
RAM Magnètica (MRAM)
Intensitat del camp: 10-100 mT
Memòria no volàtil que utilitza unions de túnel magnètic
Targetes de Crèdit
Intensitat del camp: 300-400 Oe
Bandes magnètiques codificades amb informació del compte
Mites i Malentesos Comuns sobre els Camps Magnètics
Tesla i Gauss mesuren coses diferents
Veredicte: FALS
Tots dos mesuren el mateix (camp B/densitat de flux), només en sistemes d'unitats diferents. Tesla és SI, Gauss és CGS. 1 T = 10.000 G exactament. Són tan intercanviables com metres i peus.
Es pot convertir lliurement entre A/m i Tesla
Veredicte: CONDICIONAL
Només és cert en buit/aire! En materials magnètics, la conversió depèn de la permeabilitat μᵣ. En ferro (μᵣ~2000), 1000 A/m crea 2.5 T, no 0.00126 T. Sempre indiqueu la vostra suposició quan convertiu B ↔ H.
Els camps magnètics són perillosos per als humans
Veredicte: MAJORITÀRIAMENT FALS
Els camps magnètics estàtics de fins a 7 Tesles (màquines de MRI) es consideren segurs. El vostre cos és transparent als camps magnètics estàtics. Hi ha preocupació per camps que canvien extremadament ràpid (corrents induïts) o camps superiors a 10 T. El camp de 50 µT de la Terra és completament inofensiu.
La 'intensitat' del camp magnètic significa Tesla
Veredicte: AMBIGU
Confús! En física, 'intensitat de camp magnètic' es refereix específicament al camp H (A/m). Però col·loquialment, la gent diu 'camp magnètic fort' referint-se a un camp B alt (Tesla). Sempre aclariu: camp B o camp H?
Oersted i Gauss són el mateix
Veredicte: FALS (PERÒ A PROP)
En buit: 1 Oe ≈ 1 G numèricament, PERÒ mesuren quantitats diferents! Oersted mesura el camp H (força magnetitzant), Gauss mesura el camp B (densitat de flux). És com confondre força amb energia—casualment tenen números similars a l'aire, però són físicament diferents.
Els electroimants són més forts que els imants permanents
Veredicte: DEPÈN
Electroimants típics: 0.1-2 T. Imants de neodimi: camp superficial d'1-1.4 T. Però els electroimants superconductors poden arribar a més de 20 Tesles, superant amb escreix qualsevol imant permanent. Els electroimants guanyen per a camps extrems; els imants permanents guanyen per compactesa i absència de consum d'energia.
Els camps magnètics no poden travessar materials
Veredicte: FALS
Els camps magnètics penetren la majoria de materials fàcilment! Només els superconductors expulsen completament els camps B (efecte Meissner), i els materials d'alta permeabilitat (mu-metall) poden redirigir les línies de camp. Per això el blindatge magnètic és difícil—no es poden simplement 'bloquejar' els camps com es pot fer amb els camps elèctrics.
Com Mesurar Camps Magnètics
Sensor d'Efecte Hall
Abast: 1 µT a 10 T
Precisió: ±1-5%
Mesura: Camp B (Tesla/Gauss)
El més comú. Un xip semiconductor que emet un voltatge proporcional al camp B. S'utilitza en telèfons intel·ligents (brúixola), gaussímetres i sensors de posició.
Avantatges: Econòmic, compacte, mesura camps estàtics
Inconvenients: Sensible a la temperatura, precisió limitada
Magnetòmetre Fluxgate
Abast: 0.1 nT a 1 mT
Precisió: ±0.1 nT
Mesura: Camp B (Tesla)
Utilitza la saturació d'un nucli magnètic per detectar canvis de camp minúsculs. S'utilitza en geofísica, navegació i missions espacials.
Avantatges: Extremadament sensible, ideal per a camps febles
Inconvenients: No pot mesurar camps alts, més car
SQUID (Dispositiu d'Interferència Quàntica Superconductor)
Abast: 1 fT a 1 mT
Precisió: ±0.001 nT
Mesura: Camp B (Tesla)
El magnetòmetre més sensible. Requereix refrigeració amb heli líquid. S'utilitza en escanejos cerebrals MEG i en investigació de física fonamental.
Avantatges: Sensibilitat inigualable (femtotesla!)
Inconvenients: Requereix refrigeració criogènica, molt car
Bobina de Cerca (Bobina d'Inducció)
Abast: 10 µT a 10 T
Precisió: ±2-10%
Mesura: Canvi en el camp B (dB/dt)
Bobina de filferro que genera un voltatge quan el flux canvia. No pot mesurar camps estàtics—només camps de CA o en moviment.
Avantatges: Simple, robust, capaç de camps alts
Inconvenients: Només mesura camps canviants, no CC
Bobina de Rogowski
Abast: 1 A a 1 MA
Precisió: ±1%
Mesura: Corrent (relacionat amb el camp H)
Mesura el corrent de CA detectant el camp magnètic que crea. S'embolica al voltant d'un conductor sense contacte.
Avantatges: No invasiu, ampli rang dinàmic
Inconvenients: Només CA, no mesura el camp directament
Bones Pràctiques per a la Conversió de Camps Magnètics
Bones Pràctiques
- Coneixeu el tipus de camp: el camp B (Tesla, Gauss) i el camp H (A/m, Oersted) són fonamentalment diferents
- El material importa: la conversió B↔H requereix conèixer la permeabilitat. Assumeix buit només si n'esteu segurs!
- Utilitzeu prefixos adequats: mT (militesla), µT (microtesla), nT (nanotesla) per a la llegibilitat
- Recordeu 1 Tesla = 10.000 Gauss exactament (conversió SI vs CGS)
- En buit: 1 A/m ≈ 1.257 µT (multipliqueu per μ₀ = 4π×10⁻⁷)
- Per a la seguretat en MRI: expresseu-ho sempre en Tesles, no en Gauss (estàndard internacional)
Errors Comuns a Evitar
- Confondre el camp B amb el camp H: Tesla mesura B, A/m mesura H—completament diferents!
- Convertir A/m a Tesla en materials: requereix la permeabilitat del material, no només μ₀
- Utilitzar Gauss per a camps forts: utilitzeu Tesla per a més claredat (1.5 T és més clar que 15.000 G)
- Assumir que el camp de la Terra és d'1 Gauss: en realitat és de 0.25-0.65 Gauss (25-65 µT)
- Oblidar la direcció: els camps magnètics són vectors amb magnitud I direcció
- Barrejar Oersted amb A/m incorrectament: 1 Oe = 79.577 A/m (no és un número rodó!)
Preguntes Freqüents
Quina diferència hi ha entre Tesla i Gauss?
Tesla (T) és la unitat SI, Gauss (G) és la unitat CGS. 1 Tesla = 10.000 Gauss exactament. Es prefereix Tesla per a aplicacions científiques i mèdiques, mentre que Gauss encara és comú en literatura antiga i en alguns contextos industrials.
Puc convertir A/m a Tesla directament?
Només en buit/aire! En buit: B (Tesla) = μ₀ × H (A/m) on μ₀ = 4π×10⁻⁷ ≈ 1.257×10⁻⁶ T·m/A. En materials magnètics com el ferro, necessiteu la permeabilitat relativa del material (μᵣ), que pot ser d'1 a més de 100.000. El nostre convertidor assumeix el buit.
Per què hi ha dues mesures diferents de camp magnètic?
El camp B (densitat de flux) mesura la força magnètica real experimentada, inclosos els efectes del material. El camp H (intensitat de camp) mesura la força magnetitzant que crea el camp, independentment del material. En buit B = μ₀H, però en materials B = μ₀μᵣH on μᵣ varia enormement.
Quina força té el camp magnètic de la Terra?
El camp de la Terra varia de 25 a 65 microtesles (0.25-0.65 Gauss) a la superfície. És més feble a l'equador (~25 µT) i més fort als pols magnètics (~65 µT). És prou fort per orientar les agulles de les brúixoles, però entre 20.000 i 280.000 vegades més feble que les màquines de ressonància magnètica.
És 1 Tesla un camp magnètic fort?
Sí! 1 Tesla és aproximadament 20.000 vegades més fort que el camp de la Terra. Els imants de nevera són d'~0.001 T (10 G). Les màquines de ressonància magnètica utilitzen 1.5-7 T. Els imants de laboratori més forts arriben a ~45 T. Només les estrelles de neutrons superen els milions de Tesles.
Quina és la relació entre Oersted i A/m?
1 Oersted (Oe) = 1000/(4π) A/m ≈ 79.577 A/m. Oersted és la unitat CGS per al camp H, mentre que A/m és la unitat SI. El factor de conversió prové de la definició de l'ampere i les unitats electromagnètiques CGS.
Per què les màquines de ressonància magnètica utilitzen Tesles, i no Gauss?
Els estàndards internacionals (IEC, FDA) requereixen Tesles per a la imatge mèdica. Això evita confusions (1.5 T vs 15.000 G) i s'alinea amb les unitats SI. Les zones de seguretat de la ressonànica magnètica es defineixen en Tesles (directrius de 0.5 mT, 3 mT).
Poden ser perillosos els camps magnètics?
Els camps estàtics >1 T poden interferir amb marcapassos i atraure objectes ferromagnètics (risc de projectil). Els camps que varien en el temps poden induir corrents (estimulació nerviosa). Els protocols de seguretat de la ressonànica magnètica controlen estrictament l'exposició. El camp de la Terra i els imants típics (<0.01 T) es consideren segurs.
Directori Complet d'Eines
Totes les 71 eines disponibles a UNITS