Erken fizikte şaşırtıcı bir keşif, elektrik ve manyetizmanın aynı fenomenin iki yüzü olduğuydu: elektromanyetizma. Aslında manyetik alanlar, elektrik yüklerini hareket ettirerek veya elektrik alanındaki değişikliklerle üretilir. Bu nedenle, manyetik kuvvetler sadece manyetize edilmiş herhangi bir şey üzerinde değil, aynı zamanda hareketli yükler üzerinde de etki eder.
Manyetik Kuvvetin Tanımı
Manyetik kuvvet, bir manyetik alanla etkileşimler nedeniyle bir nesne üzerindeki kuvvettir.
Manyetik kuvvet için SI birimi Newton'dur (N) ve manyetik alan için SI birimi tesla'dır (T).
İki kalıcı mıknatısı birbirine yakın tutan herkes bir manyetik kuvvetin varlığını fark etmiştir. İki manyetik güney kutbu veya iki manyetik kuzey kutbu birbirine yaklaştırılırsa, manyetik kuvvet iticidir ve mıknatıslar birbirine zıt yönlerde itecektir. Zıt kutuplar yaklaştırılırsa çekici gelir.
Ancak manyetik alanın temel kaynağı hareketli yüktür. Mikroskobik düzeyde, bu, manyetize edilmiş malzemelerin atomlarındaki elektronların hareketlerinden dolayı oluyor. O halde, bir manyetik alanın hareketli bir yükü nasıl etkilediğini anlayarak, manyetik kuvvetlerin kökenlerini daha açık bir şekilde anlayabiliriz.
Manyetik Kuvvet Denklemi
Lorentz kuvvet yasası, manyetik alanı hareketli bir yük veya akım tarafından hissedilen kuvvetle ilişkilendirir. Bu yasa bir vektör çapraz çarpımı olarak ifade edilebilir:
\bold F=q\bold v \times\bold B
bir ücret karşılığındaqhızla hareket etmekvmanyetik alandaB.Sonucun büyüklüğü basitleştirirF = qvBsin (θ)neredeθarasındaki açıvveB. (Yani kuvvet maksimum olduğundavveBdiktir ve paralel olduklarında 0'dır.)
Bu şu şekilde de yazılabilir:
elektrik akımı içinbenbir tel uzunluğundaLtarladaB.
Bunun nedeni ise:
\bold IL=\frac{q}{\Delta t}L = q\frac{L}{\Delta t} = q\bold v
İpuçları
Bir elektrik alanı da mevcutsa, bu kuvvet yasası terimini içerir.qEelektrik kuvvetini de dahil etmek için, neredeEelektrik alanıdır.
Lorentz kuvvetinin yönü şu şekilde belirlenir:sağ el kuralı. Sağ elinizin işaret parmağını pozitif yükün hareket ettiği yöne doğrultursanız ve orta parmağınız manyetik alan yönünde, baş parmağınız ise manyetik alanın yönünü verir. güç. (Negatif bir yük için yön değişir.)
Örnekler
Örnek 1:Sağa doğru hareket eden pozitif yüklü bir alfa parçacığı, manyetik alan çizgileri ekrandan dışarıyı gösteren düzgün bir 0.083 T manyetik alana girer. Sonuç olarak, bir daire içinde hareket eder. Parçacığın hızı 2 × 10 ise dairesel yolunun yarıçapı ve yönü nedir?5 Hanım? (Bir alfa parçacığının kütlesi 6.64424 × 10-27 kg ve iki pozitif yüklü proton içerir.)
Parçacık alana girerken, sağ el kuralını kullanarak başlangıçta aşağı doğru bir kuvvete maruz kalacağını belirleyebiliriz. Alanda yön değiştirdikçe, manyetik kuvvet dairesel bir yörüngenin merkezine doğru yönelir. Yanihareketi saat yönünde olacak.
Sabit hızda dairesel hareket yapan cisimler için net kuvvet şu şekilde verilir:Fağ = mv2/r.Bunu manyetik kuvvete eşitleyerek, daha sonra şunu çözebiliriz:r:
\frac{mv^2}{r}=qvB\ima eder 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}
Örnek 2:Bir mesafedeki iki paralel düz telde birim uzunluk başına kuvveti belirleyinrayrı taşıma akımıben.
Alan ve akım dik açıda olduğundan, akım taşıyan tele etkiyen kuvvetF = ILB, böylece birim uzunluk başına kuvvet olacakF/L = IB.
Bir telden kaynaklanan alan şu şekilde verilir:
B=\frac{\mu_0I}{2\pi r}
Bu nedenle, bir tel tarafından diğerine bağlı olarak hissedilen birim uzunluk başına kuvvet:
\frac{F}{L}=IB=\frac{\mu_0I^2}{2\pi r}
Akımların yönü aynıysa, sağ el kuralı bize bunun çekici bir kuvvet olacağını gösterir. Akımlar hizasızsa, itici olacaktır.
