Varase füüsika üks üllatav avastus oli see, et elekter ja magnetism on sama nähtuse kaks külge: elektromagnetism. Tegelikult tekivad magnetväljad elektrilaengute liikumisel või elektrivälja muutustel. Sellisena mõjuvad magnetjõud mitte ainult kõigele, mida on magnetiseeritud, vaid ka liikuvatele laengutele.
Magnetjõu määratlus
Magnetjõud on objektile avalduv jõud, mis on tingitud magnetväljaga interaktsioonidest.
Magnetjõu SI ühik on njuuton (N) ja magnetvälja SI ühik on tesla (T).
Igaüks, kes on hoidnud kahte püsimagnetit üksteise lähedal, on märganud magnetjõu olemasolu. Kui tuua kaks magnetilist lõunapoolust või kaks magnetilist põhjapoolust üksteise lähedale, on magnetjõud tõrjuv ja magnetid suruvad vastassuunas üksteise vastu. Kui vastandpoolused lähedale tuua, on see atraktiivne.
Kuid magnetvälja põhiallikaks on liikuv laeng. Mikroskoopilisel tasandil toimub see magnetiseeritud materjalide aatomites olevate elektronide liikumise tõttu. Seejärel saame selgemini mõista magnetjõudude päritolu, mõistes, kuidas magnetväli mõjutab liikuvat laengut.
Magnetjõu võrrand
Lorentzi jõuseadus seob magnetvälja jõuga, mida tunneb liikuv laeng või vool. Seda seadust saab väljendada vektor-ristproduktina:
\ bold F = q \ bold v \ times \ bold B
tasu eestqliikudes kiirusegavmagnetväljasB.Tulemuse suurus lihtsustubF = qvBsin (θ)kusθon nurkvjaB. (Nii et jõud on maksimaalne, kuivjaBon risti ja paralleelselt 0.)
Seda võib kirjutada ka järgmiselt:
elektrivoolu jaoksMinapikkuses traadisLvaldkonnasB.
See on sellepärast, et:
\ bold IL = \ frac {q} {\ Delta t} L = q \ frac {L} {\ Delta t} = q \ bold v
Näpunäited
Kui esineb ka elektriväli, sisaldab see jõuseadus seda mõistetqElisada ka elektriline jõud, kusEon elektriväli.
Lorentzi jõu suuna määrabparema käe reegel. Kui suunate parema käe nimetissõrme positiivse laengu suunas, ja oma keskmise sõrmega magnetvälja suunas, annab pöial pöidla suuna jõud. (Negatiivse laengu korral suund pööratakse.)
Näited
Näide 1:Paremale liikuv positiivselt laetud alfaosake siseneb ühtsesse 0,083 T magnetvälja, mille magnetvälja jooned on ekraanilt välja suunatud. Selle tulemusena liigub see ringi. Kui suur on selle ringtee raadius ja suund, kui osakese kiirus on 2 × 105 Prl? (Alfaosakeste mass on 6,64424 × 10-27 kg ja see sisaldab kahte positiivselt laetud prootonit.)
Kui osake siseneb väljale, saame parempoolse reegli abil kindlaks teha, et see kogeb esialgu allapoole suunatud jõudu. Kui see muudab väljal suunda, osutub magnetjõud lõpuks ringikujulise orbiidi keskpunkti suunas. Niisiisselle liikumine toimub päripäeva.
Objektide korral, mis läbivad ümmargust liikumist püsikiirusel, on neto jõud antudFvõrk = mv2/r.Kui määrame selle magnetjõuga võrdseks, saame selle lahendadar:
\ frac {mv ^ 2} {r} = qvB \ tähendab r = \ frac {mv} {qB} = \ frac {(6.64424 \ korda10 ^ {- 27}) (2 \ korda 10 ^ 5)} {(2 \ korda 1,602 korda 10 ^ {- 19}) (0,083)} = 0,05 \ tekst {m}
Näide 2:Määrake kahel paralleelsel sirgel traadil vahemaa pikkus ühiku kohtarpeale voolu kandmiseMina.
Kuna väli ja vool on täisnurga all, on voolutraadile mõjuv jõudF = ILB, nii et jõud pikkuse ühiku kohta onF / L = IB.
Traadi põhjustatud välja annab:
B = \ frac {\ mu_0I} {2 \ pi r}
Nii et ühe traadi poolt teise tõttu tunnetatav jõud pikkuse ühiku kohta on:
\ frac {F} {L} = IB = \ frac {\ mu_0I ^ 2} {2 \ pi r}
Pange tähele, et kui voolude suund on sama, näitab parempoolne reegel meile, et see on atraktiivne jõud. Kui voolud on joondumisvastased, on see tõrjuv.