Одним з дивовижних відкриттів у ранній фізиці було те, що електрика і магнетизм є двома сторонами одного і того ж явища: електромагнетизму. Насправді магнітні поля генеруються рухомими електричними зарядами або змінами електричного поля. Таким чином, магнітні сили діють не тільки на що-небудь намагнічене, але і на рухомі заряди.
Визначення магнітної сили
Магнітна сила - це сила на об’єкт внаслідок взаємодії з магнітним полем.
Одиницею SI для магнітної сили є ньютон (N), а одиницею SI для магнітного поля - тесла (T).
Той, хто тримав два постійних магніти один біля одного, помічав наявність магнітної сили. Якщо два магнітних південних полюса або два магнітних північних полюса наблизити один до одного, магнітна сила відштовхує, і магніти будуть штовхати один одного протилежними напрямками. Якщо наблизити протилежні стовпи, це привабливо.
Але основним походженням магнітного поля є рухомий заряд. На мікроскопічному рівні це відбувається завдяки рухам електронів в атомах намагнічених матеріалів. Тоді ми можемо зрозуміти походження магнітних сил більш чітко, зрозумівши, як магнітне поле впливає на рухомий заряд.
Рівняння магнітної сили
Закон сили Лоренца пов'язує магнітне поле із силою, що відчувається рухомим зарядом або струмом. Цей закон можна виразити як векторний поперечний добуток:
\ жирний F = q \ жирний v \ раз \ жирний B
за платуqрухаючись зі швидкістюvв магнітному поліБ.Величина результату спрощується доF = qvBsin (θ)деθ- кут міжvіB. (Отже, сила максимальна, колиvіBперпендикулярні та 0, якщо вони паралельні.)
Це також можна записати як:
для електричного струмуЯв дроті довжиниLв поліB.
Це відбувається тому:
\ bold IL = \ frac {q} {\ Delta t} L = q \ frac {L} {\ Delta t} = q \ bold v
Поради
Якщо також присутнє електричне поле, цей силовий закон включає цей термінqЕвключити також електричну силу, деЕ- електричне поле.
Напрямок сили Лоренца визначаєтьсяправило правої руки. Якщо вказати вказівний палець правої руки в напрямку руху позитивного заряду, і середній палець у напрямку магнітного поля, великий палець вказує напрямок сили. (При негативному заряді напрямок змінюється.)
Приклади
Приклад 1:Позитивно заряджена альфа-частинка, яка рухається праворуч, потрапляє в рівномірне магнітне поле 0,083 Т, лініями магнітного поля якого спрямовані в сторону екрану. В результаті воно рухається по колу. Який радіус і напрямок його кругового шляху, якщо швидкість частинки 2 × 105 РС? (Маса альфа-частинки 6,64424 × 10-27 кг, і він містить два позитивно заряджених протони.)
Коли частинка потрапляє в поле, користуючись правильним правилом, ми можемо визначити, що спочатку вона буде відчувати силу зниження. Змінюючи напрям у полі, магнітна сила в кінцевому підсумку спрямована до центру кругової орбіти. Такйого рух буде за годинниковою стрілкою.
Для об'єктів, що зазнають кругових рухів з постійною швидкістю, чиста сила даєтьсяFчистий = mv2/r.Встановивши це рівним магнітній силі, ми можемо вирішити дляр:
\ frac {mv ^ 2} {r} = qvB \ має на увазі r = \ frac {mv} {qB} = \ frac {(6.64424 \ times10 ^ {- 27}) (2 \ по 10 ^ 5)} {(2 \ раз 1,602 \ раз 10 ^ {- 19}) (0,083)} = 0,05 \ текст {м}
Приклад 2:Визначте силу на одиницю довжини двох паралельних прямих проводів на відстаньркрім несучого струмуЯ.
Оскільки поле та сила струму знаходяться під прямим кутом, сила на проводі струму становитьF = ILB, отже сила на одиницю довжини будеF / L = IB.
Поле, зумовлене дротом, визначається як:
B = \ frac {\ mu_0I} {2 \ pi r}
Отже, сила на одиницю довжини, яку відчуває один провід через інший, становить:
\ frac {F} {L} = IB = \ frac {\ mu_0I ^ 2} {2 \ pi r}
Зверніть увагу, що якщо напрямок струмів однаковий, правило правої руки показує нам, що це буде сила притягання. Якщо струми будуть вирівняні, це буде відразливим.