Determinarea direcției în care acționează forțele magnetice poate fi dificilă. Înțelegerea regulii de la dreapta face acest lucru mai ușor.
Forțe magnetice
Legea forței Lorentz corelează un câmp magnetic cu forța resimțită de o sarcină electrică sau curent în mișcare care îl întâlnește. Această lege poate fi exprimată ca un produs încrucișat vectorial:
F = qv \ ori B
pentru o taxăq(în coulombi, C) mișcându-se cu vitezav(în metri pe secundă, m / s) într-un câmp magneticB(măsurat în teslas, T). Unitatea de forță a SI este newtonul (N).
Pentru o colecție de sarcini în mișcare, un curent, acesta poate fi exprimat în schimb ca F = I × B, unde curentEuse măsoară în amperi (A).
Direcția forței care acționează fie asupra sarcinii, fie asupra curentului într-un câmp magnetic este determinată de regula din dreapta. În plus, deoarece forța este un vector, dacă termenii din lege nu sunt în unghi drept unul cu altul, magnitudinea și direcția sa sunt o componentă a vectorilor dați. În acest caz, este necesară o anumită trigonometrie.
Produse încrucișate vectoriale și regula din partea dreaptă
Formula generală pentru un produs încrucișat vectorial este:
a \ times b = | a | | b | \ sin {\ theta} n
- |A| este magnitudinea (lungimea) vectoruluiA
- |b| este magnitudinea (lungimea) vectorului b
- θ este unghiul dintreAșib
- neste vectorul unitar în unghi drept cu ambele Așib
Dacă vectorAși vectorbsunt într-un plan, direcția rezultată a produsului încrucișat (vectorc) ar putea fi perpendiculară în două moduri: îndreptându-se în sus sau în jos din acel plan (arătând în interiorul sau în afara acestuia). Într-un sistem de coordonate cartezian, acesta este un alt mod de a descrie direcția z atunci când vectoriiAșibsunt în planul x-y.
În cazul legii forței Lorentz, vectorulAeste fie viteza sarciniivsau curentulEu, vectorbeste câmpul magneticBși vectorceste forțaF.
Deci, cum poate un fizician să afle dacă vectorul forței rezultat este îndreptat în sus sau în jos, în sau în afara planului sau în direcția z pozitivă sau negativă, în funcție de vocabularul pe care dorește să îl folosească? Ușor: folosește regula din dreapta:
- Îndreptați degetul arătător al mâinii drepte de-a lungul vectoruluiA, direcția curentului sau viteza sarcinii.
- Îndreptați degetul mijlociu al mâinii drepte de-a lungul vectoruluib, în direcția câmpului magnetic.
- Uită-te unde indică degetul mare. Aceasta este direcția vectoruluic, produsul încrucișat și forța rezultată.
Rețineți că acest lucru funcționează numai pentru o încărcare pozitivă. Dacă încărcarea sau curentul estenegativ, forța va fi de fapt înopusdirecția în care degetul mare ajunge să arate. Însămagnitudineprodusul încrucișat nu se schimbă. (Alternativ, folosirea mâinii stângi cu o sarcină sau un curent negativ va duce la degetul mare îndreptat în direcția corectă a forței magnetice.)
Exemple
Un curent convențional 20-A curge într-un fir drept la un unghi de 15 grade printr-un câmp magnetic 30-T. Ce forță experimentează?
F = I \ times B \ sin {\ theta} = 20 \ times 30 \ sin {15} = 155,29 \ text {N}
Și direcția este spre exterior (direcția Z pozitivă).
Rețineți că direcția forței magnetice rămâne perpendiculară pe planul care conține atât curentul cât și câmpul magnetic; unghiul dintre cele două diferă de 90 de grade doar modificămagnitudinea forței.
Acest lucru explică, de asemenea, de ce termenul sinusoidal poate fi abandonat atunci când produsul transversal vectorial este pentru vectori perpendiculari (deoarece sin (90) = 1) și, de asemenea, de ce o sarcină sau un curent în mișcareparalel cu un câmp magneticexperiențenici o forță(din moment ce păcatul (0) = 0)!
