השדה המגנטי של כדור הארץ הוא כ-25-65 מיקרוטסלה (0.25-0.65 גאוס) על פני השטח - מספיק כדי להטות מחטי מצפן

מגנט למקרר מייצר כ-0.001 טסלה (10 גאוס) על פניו

מכשירי MRI משתמשים ב-1.5 עד 7 טסלה - עד פי 140,000 חזק יותר מהשדה של כדור הארץ!

השדה המגנטי הרציף החזק ביותר שנוצר אי פעם במעבדה: 45.5 טסלה (אוניברסיטת מדינת פלורידה)

לכוכבי נייטרונים יש שדות מגנטיים של עד 100 מיליון טסלה - החזקים ביותר ביקום

המוח האנושי מייצר שדות מגנטיים של כ-1-10 פיקוטסלה, הניתנים למדידה באמצעות סריקות MEG

רכבות ריחוף מגנטי (Maglev) משתמשות בשדות מגנטיים של 1-4 טסלה כדי לרחף ולהניע רכבות במהירות של 600+ קמ"ש

1 טסלה = 10,000 גאוס בדיוק (יחס מוגדר בין מערכות SI ו-CGS)

הגדרה: יחידת SI של צפיפות שטף מגנטי. 1 T = 1 ובר/מ"ר = 1 ק"ג/(A·ש²)

נקרא על שם: ניקולה טסלה (1856-1943), ממציא ומהנדס חשמל

שימוש: מכשירי MRI, מגנטי מחקר, מפרטי מנועים

ערכים אופייניים: כדור הארץ: 50 µT | מגנט למקרר: 10 mT | MRI: 1.5-7 T

הגדרה: יחידת CGS של צפיפות שטף מגנטי. 1 G = 10⁻⁴ T = 100 µT

נקרא על שם: קרל פרידריך גאוס (1777-1855), מתמטיקאי ופיזיקאי

שימוש: ציוד ישן, גיאופיזיקה, גאוסמטרים תעשייתיים

ערכים אופייניים: כדור הארץ: 0.5 G | מגנט רמקול: 1-2 G | מגנט נאודימיום: 1000-3000 G

הגדרה: יחידת SI של עוצמת שדה מגנטי. זרם ליחידת אורך היוצר את השדה.

שימוש: תכנון אלקטרומגנטים, חישובי סלילים, בדיקת חומרים מגנטיים

ערכים אופייניים: כדור הארץ: 40 A/m | סולנואיד: 1000-10000 A/m | מגנט תעשייתי: 100 kA/m

הגדרה: יחידת CGS של עוצמת שדה מגנטי. 1 Oe = 79.5775 A/m

נקרא על שם: הנס כריסטיאן ארסטד (1777-1851), גילה את האלקטרומגנטיות

שימוש: הקלטה מגנטית, מפרטי מגנטים קבועים, לולאות היסטרזיס

ערכים אופייניים: קואורסיביות של כונן קשיח: 2000-4000 Oe | מגנט קבוע: 500-2000 Oe

הגדרה: חלק המיליון של טסלה. 1 µT = 10⁻⁶ T = 0.01 G

שימוש: גיאופיזיקה, ניווט, מדידות EMF, ביומגנטיזם

ערכים אופייניים: שדה כדור הארץ: 25-65 µT | מוח (MEG): 0.00001 µT | קווי חשמל: 1-10 µT

הגדרה: שווה ל-1 ננוטסלה. 1 γ = 1 nT = 10⁻⁹ T. משמש בגיאופיזיקה.

שימוש: סקרים מגנטיים, ארכיאולוגיה, חקר מינרלים

ערכים אופייניים: איתור אנומליות מגנטיות: 1-100 γ | שינוי יומי: ±30 γ

אלקטרומגנטיות

במהלך הדגמה בהרצאה, ארסטד שם לב שמחט מצפן סוטה ליד חוט נושא זרם. זו הייתה התצפית הראשונה שקישרה בין חשמל למגנטיות. הוא פרסם את ממצאיו בלטינית, ובתוך שבועות, מדענים ברחבי אירופה שיחזרו את הניסוי.

הוכיח שזרמים חשמליים יוצרים שדות מגנטיים, ובכך ייסד את תחום האלקטרומגנטיות

אינדוקציה אלקטרומגנטית

פאראדיי גילה ששדות מגנטיים משתנים יוצרים זרמים חשמליים. הזזת מגנט דרך סליל חוט יצרה חשמל - העיקרון מאחורי כל גנרטור ושנאי חשמלי כיום.

אפשרה ייצור חשמל, שנאים, ורשת החשמל המודרנית

תאוריה אלקטרומגנטית מאוחדת

משוואות מקסוול איחדו את החשמל, המגנטיות והאור לתאוריה אחת. הוא הציג את המושגים של שדה B ושדה H כגדלים נפרדים, והראה שהאור הוא גל אלקטרומגנטי.

חזה גלים אלקטרומגנטיים, מה שהוביל לרדיו, מכ"ם, ותקשורת אלחוטית

חוק כוח לורנץ

תיאר את הכוח על חלקיק טעון הנע בשדות מגנטיים וחשמליים: F = q(E + v × B). נוסחה זו היא יסודית להבנת אופן פעולתם של מנועים, מאיצי חלקיקים ושפופרות קרן קתודית.

בסיס להבנת תנועת חלקיקים בשדות, ספקטרומטריית מסה, ופיזיקת פלזמה

מוליכות-על

על ידי קירור כספית ל-4.2 קלווין, אונס גילה שההתנגדות החשמלית שלה נעלמה לחלוטין. מוליכי-על דוחים שדות מגנטיים (אפקט מייסנר), ומאפשרים מגנטים חזקים במיוחד ללא איבוד אנרגיה.

הוביל למכשירי MRI, רכבות ריחוף מגנטי, ומגנטים למאיצי חלקיקים המייצרים שדות של 10+ טסלה

לייזר ראשון

אף על פי שלא היה קשור ישירות למגנטיות, לייזרים אפשרו מדידות מדויקות של שדה מגנטי באמצעות אפקטים מגנטו-אופטיים כמו סיבוב פאראדיי ואפקט זימן.

חולל מהפכה בחישת שדה מגנטי, מבודדים אופטיים, ואחסון נתונים מגנטי

הדמיה רפואית MRI

דמדיאן גילה שלרקמה סרטנית יש זמני רלקסציה מגנטיים שונים מרקמה בריאה. זה הוביל ל-MRI (הדמיית תהודה מגנטית), המשתמשת בשדות של 1.5-7 טסלה ליצירת סריקות גוף מפורטות ללא קרינה.

שינה את האבחון הרפואי, ואפשר הדמיה לא פולשנית של רקמות רכות, מוח, ואיברים

מסקנה: שקר

שניהם מודדים את אותו הדבר (שדה B/צפיפות שטף), רק במערכות יחידות שונות. טסלה היא SI, גאוס היא CGS. 1 T = 10,000 G בדיוק. הם ניתנים להחלפה כמו מטרים ורגליים.

מסקנה: מותנה

נכון רק בוואקום/אוויר! בחומרים מגנטיים, ההמרה תלויה בפרמביליות μᵣ. בברזל (μᵣ~2000), 1000 A/m יוצר 2.5 T, לא 0.00126 T. ציין תמיד את ההנחה שלך בעת המרה בין B ל-H.

מסקנה: בעיקר שקר

שדות מגנטיים סטטיים עד 7 טסלה (מכשירי MRI) נחשבים בטוחים. הגוף שלך שקוף לשדות מגנטיים סטטיים. קיימת דאגה לגבי שדות המשתנים במהירות קיצונית (זרמים מושרים) או שדות מעל 10 T. השדה של כדור הארץ בעוצמה של 50 µT אינו מזיק כלל.

מסקנה: רב-משמעי

מבלבל! בפיזיקה, 'עוצמת שדה מגנטי' מתייחסת באופן ספציפי לשדה H (A/m). אבל בשפת הדיבור, אנשים אומרים 'שדה מגנטי חזק' ומתכוונים לשדה B גבוה (טסלה). הבהר תמיד: שדה B או שדה H?

מסקנה: שקר (אבל קרוב)

בוואקום: 1 Oe ≈ 1 G מבחינה מספרית, אבל הם מודדים גדלים שונים! אורסטד מודד שדה H (כוח ממגנט), גאוס מודד שדה B (צפיפות שטף). זה כמו לבלבל בין כוח לאנרגיה - במקרה יש להם מספרים דומים באוויר, אבל הם שונים פיזית.

מסקנה: תלוי

אלקטרומגנטים טיפוסיים: 0.1-2 T. מגנטי נאודימיום: שדה פני שטח של 1-1.4 T. אבל אלקטרומגנטים מוליכי-על יכולים להגיע ל-20+ טסלה, הרבה מעבר לכל מגנט קבוע. אלקטרומגנטים מנצחים בשדות קיצוניים; מגנטים קבועים מנצחים בקומפקטיות ובחוסר צריכת חשמל.

מסקנה: שקר

שדות מגנטיים חודרים בקלות לרוב החומרים! רק מוליכי-על דוחים לחלוטין שדות B (אפקט מייסנר), וחומרים בעלי פרמביליות גבוהה (מו-מטאל) יכולים להפנות קווי שדה. זו הסיבה שמיגון מגנטי הוא קשה - אי אפשר פשוט 'לחסום' שדות כמו שניתן לעשות עם שדות חשמליים.

טווח: 1 µT עד 10 T

דיוק: ±1-5%

מודד: שדה B (טסלה/גאוס)

הנפוץ ביותר. שבב מוליך למחצה המוציא מתח פרופורציונלי לשדה B. משמש בסמארטפונים (מצפן), גאוסמטרים, וחיישני מיקום.

יתרונות: זול, קומפקטי, מודד שדות סטטיים

חסרונות: רגיש לטמפרטורה, דיוק מוגבל

טווח: 0.1 nT עד 1 mT

דיוק: ±0.1 nT

מודד: שדה B (טסלה)

משתמש ברוויה של ליבה מגנטית כדי לזהות שינויי שדה זעירים. משמש בגיאופיזיקה, ניווט, ומשימות חלל.

יתרונות: רגיש במיוחד, מצוין לשדות חלשים

חסרונות: אינו יכול למדוד שדות גבוהים, יקר יותר

טווח: 1 fT עד 1 mT

דיוק: ±0.001 nT

מודד: שדה B (טסלה)

המגנטומטר הרגיש ביותר. דורש קירור בהליום נוזלי. משמש בסריקות מוח MEG ובמחקר פיזיקלי בסיסי.

יתרונות: רגישות שאין שני לה (פמטוטסלה!)

חסרונות: דורש קירור קריוגני, יקר מאוד

טווח: 10 µT עד 10 T

דיוק: ±2-10%

מודד: שינוי בשדה B (dB/dt)

סליל חוט המייצר מתח כאשר השטף משתנה. אינו יכול למדוד שדות סטטיים - רק שדות AC או נעים.

יתרונות: פשוט, חזק, בעל יכולת למדוד שדות גבוהים

חסרונות: מודד רק שדות משתנים, לא DC

טווח: 1 A עד 1 MA

דיוק: ±1%

מודד: זרם (קשור לשדה H)

מודד זרם AC על ידי איתור השדה המגנטי שהוא יוצר. נכרך סביב מוליך ללא מגע.

יתרונות: לא פולשני, טווח דינמי רחב

חסרונות: AC בלבד, אינו מודד את השדה ישירות

טסלה (T) היא יחידת SI, גאוס (G) היא יחידת CGS. 1 טסלה = 10,000 גאוס בדיוק. טסלה מועדפת ליישומים מדעיים ורפואיים, בעוד שגאוס עדיין נפוץ בספרות ישנה ובכמה הקשרים תעשייתיים.

רק בוואקום/אוויר! בוואקום: B (טסלה) = μ₀ × H (A/m) כאשר μ₀ = 4π×10⁻⁷ ≈ 1.257×10⁻⁶ T·m/A. בחומרים מגנטיים כמו ברזל, אתה צריך את הפרמביליות היחסית של החומר (μᵣ), שיכולה להיות מ-1 עד 100,000+. הממיר שלנו מניח ריק.

שדה B (צפיפות שטף) מודד את הכוח המגנטי בפועל שחווים, כולל השפעות החומר. שדה H (עוצמת שדה) מודד את הכוח הממגנט שיוצר את השדה, ללא תלות בחומר. בוואקום B = μ₀H, אך בחומרים B = μ₀μᵣH כאשר μᵣ משתנה מאוד.

השדה של כדור הארץ נע בין 25-65 מיקרוטסלה (0.25-0.65 גאוס) על פני השטח. הוא החלש ביותר בקו המשווה (~25 µT) והחזק ביותר בקטבים המגנטיים (~65 µT). זה חזק מספיק כדי לכוון מחטי מצפן אך חלש פי 20,000-280,000 ממכשירי MRI.

כן! 1 טסלה חזק פי 20,000 בערך מהשדה של כדור הארץ. מגנטים למקרר הם ~0.001 T (10 G). מכשירי MRI משתמשים ב-1.5-7 T. המגנטים החזקים ביותר במעבדה מגיעים ל-~45 T. רק כוכבי נייטרונים עולים על מיליוני טסלה.

1 אורסטד (Oe) = 1000/(4π) A/m ≈ 79.577 A/m. אורסטד היא יחידת CGS לשדה H, בעוד ש-A/m היא יחידת SI. מקדם ההמרה נובע מהגדרת האמפר ויחידות אלקטרומגנטיות של CGS.

תקנים בינלאומיים (IEC, FDA) דורשים טסלה להדמיה רפואית. זה מונע בלבול (1.5 T לעומת 15,000 G) ומתאים ליחידות SI. אזורי הבטיחות של MRI מוגדרים בטסלה (הנחיות 0.5 mT, 3 mT).

שדות סטטיים >1 T יכולים להפריע לקוצבי לב ולמשוך חפצים פרומגנטיים (סכנת קליע). שדות משתנים בזמן יכולים להשרות זרמים (גירוי עצבי). פרוטוקולי הבטיחות של MRI שולטים בקפדנות בחשיפה. השדה של כדור הארץ ומגנטים טיפוסיים (<0.01 T) נחשבים בטוחים.