Одно удивительное открытие в ранней физике заключалось в том, что электричество и магнетизм - две стороны одного и того же явления: электромагнетизма. Фактически, магнитные поля создаются движущимися электрическими зарядами или изменениями электрического поля. Таким образом, магнитные силы действуют не только на что-либо намагниченное, но и на движущиеся заряды.
Определение магнитной силы
Магнитная сила - это сила, действующая на объект из-за взаимодействия с магнитным полем.
Единицей СИ для магнитной силы является ньютон (Н), а единицей СИ для магнитного поля - тесла (Т).
Любой, кто держал два постоянных магнита рядом друг с другом, заметил наличие магнитной силы. Если два южных магнитных полюса или два северных магнитных полюса приблизить друг к другу, магнитная сила будет отталкивающей, и магниты будут толкать друг друга в противоположных направлениях. Если поднести противоположные полюса, это будет привлекательно.
Но основная причина магнитного поля - движущийся заряд. На микроскопическом уровне это происходит из-за движений электронов в атомах намагниченных материалов. Таким образом, мы можем понять происхождение магнитных сил более подробно, поняв, как магнитное поле влияет на движущийся заряд.
Уравнение магнитной силы
Закон силы Лоренца связывает магнитное поле с силой, ощущаемой движущимся зарядом или током. Этот закон можно представить в виде векторного векторного произведения:
\ bold F = q \ bold v \ times \ bold B
за платуqдвижется со скоростьюvв магнитном полеБ.Величина результата упрощается доF = qvBsin (θ)гдеθугол междуvа такжеB. (Таким образом, сила максимальна, когдаvа такжеBперпендикулярны, и 0, когда они параллельны.)
Это также можно записать как:
для электрического токаяв проволоке длиныLв полеB.
Это потому что:
\ bold IL = \ frac {q} {\ Delta t} L = q \ frac {L} {\ Delta t} = q \ bold v
Советы
Если электрическое поле также присутствует, этот силовой закон включает членqEчтобы включить и электрическую силу, гдеEэлектрическое поле.
Направление силы Лоренца определяетсяправило правой руки. Если вы укажете указательным пальцем правой руки в направлении движения положительного заряда, и средний палец в направлении магнитного поля, большой палец указывает направление сила. (Для отрицательного заряда направление меняется.)
Примеры
Пример 1:Положительно заряженная альфа-частица, движущаяся вправо, попадает в однородное магнитное поле 0,083 Тл, при этом силовые линии его магнитного поля направлены за пределы экрана. В результате он движется по кругу. Каков радиус и направление ее кругового пути, если скорость частицы 2 × 10?5 РС? (Масса альфа-частицы 6,64424 × 10-27 кг, и он содержит два положительно заряженных протона.)
Когда частица входит в поле, используя правило правой руки, мы можем определить, что сначала на нее будет действовать направленная вниз сила. Когда магнитная сила меняет направление поля, она направлена к центру круговой орбиты. Такего движение будет по часовой стрелке.
Для объектов, совершающих круговое движение с постоянной скоростью, результирующая сила определяется какFсеть = mv2/r.Установив это равным магнитной силе, мы можем решить дляр:
\ frac {mv ^ 2} {r} = qvB \ подразумевает r = \ frac {mv} {qB} = \ frac {(6.64424 \ times10 ^ {- 27}) (2 \ times 10 ^ 5)} {(2 \ times 1.602 \ times 10 ^ {- 19}) (0,083)} = 0,05 \ text {m}
Пример 2:Определите силу на единицу длины на двух параллельных прямых проводах на расстоянииротдельно проводящий токя.
Поскольку поле и ток расположены под прямым углом, сила на проводе с током равнаF = ILB, поэтому сила на единицу длины будетF / L = IB.
Поле, создаваемое проволокой, определяется по формуле:
B = \ frac {\ mu_0I} {2 \ pi r}
Таким образом, сила на единицу длины, воспринимаемая одним проводом из-за другого, равна:
\ frac {F} {L} = IB = \ frac {\ mu_0I ^ 2} {2 \ pi r}
Обратите внимание, что если направление токов одинаково, правило правой руки показывает нам, что это будет сила притяжения. Если токи противоречат друг другу, это будет отталкивать.