Vienas stebinantis ankstyvosios fizikos atradimas buvo tas, kad elektra ir magnetizmas yra dvi to paties reiškinio pusės: elektromagnetizmas. Iš tikrųjų magnetiniai laukai susidaro judant elektriniams krūviams ar keičiantis elektriniam laukui. Magnetinės jėgos veikia ne tik ką nors įmagnetintą, bet ir judančius krūvius.
Magnetinės jėgos apibrėžimas
Magnetinė jėga yra jėga, nukreipta į daiktą dėl sąveikos su magnetiniu lauku.
Magnetinės jėgos SI vienetas yra niutonas (N), o magnetinio lauko SI vienetas yra tesla (T).
Kas laikė du nuolatinius magnetus šalia vienas kito, pastebėjo magnetinės jėgos buvimą. Jei du magnetiniai pietų poliai arba du magnetiniai šiaurės ašigaliai yra priartinti vienas prie kito, magnetinė jėga yra atstumianti ir magnetai stums vienas prieš kitą priešingomis kryptimis. Jei artėja priešingi poliai, tai yra patrauklu.
Tačiau pagrindinė magnetinio lauko kilmė yra judantis krūvis. Mikroskopiniu lygiu tai vyksta dėl elektronų judėjimo įmagnetintų medžiagų atomuose. Tada galime aiškiau suprasti magnetinių jėgų kilmę, suprasdami, kaip magnetinis laukas veikia judantį krūvį.
Magnetinės jėgos lygtis
Lorenco jėgos dėsnis susieja magnetinį lauką su jėga, kurią jaučia judantis krūvis ar srovė. Šis dėsnis gali būti išreikštas kaip vektorinis kryžminis produktas:
\ bold F = q \ bold v \ times \ bold B
už mokestįqjuda greičiuvmagnetiniame laukeB.Rezultato dydis supaprastinaF = qvBsin (θ)kurθyra kampas tarpvirB. (Taigi jėga yra didžiausia, kaivirByra statmenos, o 0, kai yra lygiagrečios.)
Tai taip pat gali būti parašyta taip:
elektros sroveiAšilgio vielojeLlaukeB.
Tai yra, nes:
\ bold IL = \ frac {q} {\ Delta t} L = q \ frac {L} {\ Delta t} = q \ bold v
Patarimai
Jei yra ir elektrinis laukas, šis jėgos įstatymas apima terminąqEįtraukti ir elektros jėgą, kurEyra elektrinis laukas.
Lorenco jėgos kryptį nustatodešinės rankos taisyklė. Dešinės rankos rodomuoju pirštu nukreipę teigiamo krūvio judėjimo kryptį ir viduriniu pirštu magnetinio lauko kryptimi, nykščiu nurodoma jėga. (Jei neigiamas krūvis, kryptis pasisuka.)
Pavyzdžiai
1 pavyzdys:Dešinėje keliaujanti teigiamai įkrauta alfa dalelė patenka į vienodą 0,083 T magnetinį lauką, kurio magnetinio lauko linijos nukreiptos į ekraną. Dėl to jis juda ratu. Koks yra jo apskritimo kelio spindulys ir kryptis, jei dalelės greitis yra 2 × 105 m / s? (Alfa dalelės masė yra 6,64424 × 10-27 kg ir jame yra du teigiamai įkrauti protonai.)
Kai dalelė patenka į lauką, naudodamiesi dešinės rankos taisykle galime nustatyti, kad ji iš pradžių patirs jėgą žemyn. Keičiant lauko kryptį, magnetinė jėga galiausiai nukreipta į apskritos orbitos centrą. Taigijo judėjimas bus pagal laikrodžio rodyklę.
Objektams, kurie sukasi sukamaisiais judesiais pastoviu greičiu, grynoji jėga pateikiamaFneto = mv2/r.Nustatę tai lygią magnetinei jėgai, galime išspręstir:
\ frac {mv ^ 2} {r} = qvB \ reiškia r = \ frac {mv} {qB} = \ frac {(6.64424 \ times10 ^ {- 27}) (2 kartus 10 ^ 5)} {(2 \ kartus 1,602 \ kartus 10 ^ {- 19}) (0,083)} = 0,05 \ tekstas {m}
2 pavyzdys:Nustatykite jėgą ilgio vienetui dviem lygiagrečiais tiesiais laidais atstumurneskaitant srovėsAš.
Kadangi laukas ir srovė yra stačiu kampu, srovės nešimo laido jėga yraF = ILB, taigi jėga ilgio vienetui busF / L = IB.
Laiką dėl laido pateikia:
B = \ frac {\ mu_0I} {2 \ pi r}
Taigi jėga, tenkanti ilgio vienetui, kurią jaučia viena viela dėl kitos, yra:
\ frac {F} {L} = IB = \ frac {\ mu_0I ^ 2} {2 \ pi r}
Atkreipkite dėmesį, kad jei srovių kryptis yra ta pati, dešinės rankos taisyklė rodo, kad tai bus patraukli jėga. Jei srovės bus nelygios, tai bus atstumianti.