Viens pārsteidzošs atklājums agrīnā fizikā bija tāds, ka elektrība un magnētisms ir vienas un tās pašas parādības divas puses: elektromagnētisms. Faktiski magnētiskos laukus rada kustīgi elektriskie lādiņi vai izmaiņas elektriskajā laukā. Kā tādi magnētiskie spēki darbojas ne tikai uz jebko, kas tiek magnetizēts, bet arī uz kustīgajiem lādiņiem.
Magnētiskā spēka definīcija
Magnētiskais spēks ir spēks uz objektu mijiedarbības dēļ ar magnētisko lauku.
SI vienība magnētiskajam spēkam ir ņūtons (N) un SI vienība magnētiskajam laukam ir tesla (T).
Ikviens, kurš ir turējis divus pastāvīgus magnētus viens otra tuvumā, ir pamanījis magnētiskā spēka klātbūtni. Ja divi magnētiski dienvidu poli vai divi magnētiski ziemeļu stabi tiek tuvināti viens otram, magnētiskais spēks ir atgrūžošs, un magnēti pret otru virzīsies pretēji. Ja tuvojas pretējie stabi, tas ir pievilcīgs.
Bet magnētiskā lauka galvenā izcelsme ir kustīgais lādiņš. Mikroskopiskā līmenī tas notiek, pateicoties elektronu kustībai magnetizēto materiālu atomos. Tad mēs varam skaidrāk saprast magnētisko spēku izcelsmi, saprotot, kā magnētiskais lauks ietekmē kustīgo lādiņu.
Magnētiskā spēka vienādojums
Lorenca spēka likums attiecas uz magnētisko lauku ar spēku, ko izjūt kustīgs lādiņš vai strāva. Šo likumu var izteikt kā vektoru šķērsproduktu:
\ bold F = q \ bold v \ times \ bold B
par maksuqpārvietojas ar ātrumuvmagnētiskajā laukāB.Rezultāta lielums vienkāršojas līdzF = qvBsin (θ)kurθir leņķis starpvunB. (Tātad spēks ir maksimālais, kadvunBir perpendikulāri un 0, ja tie ir paralēli.)
To var rakstīt arī šādi:
elektriskajai strāvaiEsgaruma stieplēLlaukāB.
Tas ir tāpēc, ka:
\ bold IL = \ frac {q} {\ Delta t} L = q \ frac {L} {\ Delta t} = q \ bold v
Padomi
Ja ir arī elektriskais lauks, šis spēka likums ietver šo terminuqElai iekļautu arī elektrisko spēku, kurEir elektriskais lauks.
Lorenca spēka virzienu nosakalabās rokas likums. Ja jūs rādīt labās rokas rādītājpirkstu virzienā, kurā virzās pozitīvs lādiņš, un - vidējais pirksts magnētiskā lauka virzienā, īkšķis norāda spēks. (Negatīva lādiņa gadījumā virziens pagriežas.)
Piemēri
1. piemērs:Pozitīvi uzlādēta alfa daļiņa, kas virzās pa labi, vienotā 0,083 T magnētiskajā laukā nonāk ar magnētiskā lauka līnijām, kas vērstas uz ekrāna pusi. Rezultātā tas pārvietojas pa apli. Kāds ir tā apļveida ceļa rādiuss un virziens, ja daļiņas ātrums ir 2 × 105 jaunkundze? (Alfa daļiņas masa ir 6,64424 × 10-27 kg, un tajā ir divi pozitīvi uzlādēti protoni.)
Kad daļiņa nonāk laukā, izmantojot labās puses likumu, mēs varam noteikt, ka sākotnēji tā piedzīvos lejupejošu spēku. Mainot virzienu laukā, magnētiskais spēks nonāk virzienā uz apļveida orbītas centru. Tātadtā kustība būs pulksteņrādītāja virzienā.
Objektiem, kuriem notiek apļveida kustība ar nemainīgu ātrumu, tīro spēku izsakaFtīkls = mv2/r.Nosakot to vienādu ar magnētisko spēku, mēs pēc tam varam atrisinātr:
\ frac {mv ^ 2} {r} = qvB \ nozīmē r = \ frac {mv} {qB} = \ frac {(6.64424 \ times10 ^ {- 27}) (2 \ reizes 10 ^ 5)} {(2 \ reizes 1,602 reizes 10 ^ {- 19}) (0,083)} = 0,05 \ teksts {m}
2. piemērs:Nosaka spēku uz garuma vienību diviem paralēliem taisniem vadiemrnesot strāvuEs.
Tā kā lauks un strāva ir taisnā leņķī, spēks uz strāvas nesošo vadu irF = ILB, tāpēc spēks uz garuma vienību būsF / L = IB.
Lauku stieples dēļ izsaka:
B = \ frac {\ mu_0I} {2 \ pi r}
Tātad spēks uz garuma vienību, ko izjūt viens vads otra dēļ, ir:
\ frac {F} {L} = IB = \ frac {\ mu_0I ^ 2} {2 \ pi r}
Ņemiet vērā, ka, ja strāvu virziens ir vienāds, labās puses noteikums mums parāda, ka tas būs pievilcīgs spēks. Ja strāvas ir pretlīnijas, tas būs pretīgs.