Entità della forza magnetica
Obiettivi di apprendimento
Conclusioni chiave
Punti chiave
- I campi magnetici esercitano forze sulle particelle cariche in movimento.
- La direzione della forza magnetica \ text {F} è perpendicolare al piano formato da \ text {v} e \ text {B} come determinato dalla regola della mano destra.
- L’unità SI per l’ampiezza dell’intensità del campo magnetico è chiamata tesla (T), che è equivalente a uno Newton per ampere-metro. A volte si usa invece l’unità più piccola gauss (10-4 T).
- Quando l’espressione per la forza magnetica è combinata con quella per la forza elettrica, l’espressione combinata è nota come forza di Lorentz.
Termini chiave
- Forza di Coulomb: la forza elettrostatica tra due cariche, come descritto dalla legge di Coulomb
- campo magnetico: una condizione nel spazio intorno a un magnete o corrente elettrica in cui è presente una forza magnetica rilevabile e in cui sono presenti due poli magnetici.
- tesla: nel Sistema internazionale di unità, l’unità derivata della densità di flusso magnetico o induttività magnetica . Simbolo: T
Entità della forza magnetica
In che modo un magnete ne attrae un altro? La risposta si basa sul fatto che tutto il magnetismo si basa sulla corrente, il flusso di carica. I campi magnetici esercitano forze su cariche in movimento, quindi esercitano forze su altri magneti, tutti con cariche in movimento.
La forza magnetica su una carica in movimento è una delle più fondamentali conosciute. La forza magnetica è importante quanto la forza elettrostatica o di Coulomb. Eppure la forza magnetica è più complessa, sia nel numero di fattori che la influenzano sia nella sua direzione, rispetto alla relativamente semplice forza di Coulomb. L’intensità della forza magnetica \ text {F} su una carica \ text {q} che si muove a una velocità \ text {v} in un campo magnetico di forza \ text {B} è data da:
\ text {F} = \ text {qvBsin} (\ theta)
\ text {B} = \ frac {\ text {F}} {\ text {qvsin} (\ theta)}
Poiché sinθ è senza unità, il tesla è
1 \ text {T} = \ frac {1 \ text {N}} {\ text {C} * \ text {m} / \ text {s}} = \ frac {1 \ text {N}} {\ text {A} * \ text {m}}
Un’altra unità più piccola, chiamata gauss (G), dove 1 G = 10−4 T, a volte è usato. I magneti permanenti più potenti hanno campi vicini a 2 T; gli elettromagneti superconduttori possono raggiungere 10 T o più. Il campo magnetico terrestre sulla sua superficie è solo di circa 5 × 10-5 T, o 0,5 G.
La direzione della forza magnetica \ text {F} è perpendicolare al piano formato da \ text {v } e \ text {B} come determinato dalla regola della mano destra, illustrata nella Figura 1. Essa afferma che, per determinare la direzione della forza magnetica su una carica positiva in movimento, si punta il pollice della mano destra nella direzione di \ text {v}, le dita nella direzione di \ text {B} e una perpendicolare al palmo punta nella direzione di \ text {F}. Un modo per ricordarlo è che esiste una velocità, quindi il pollice la rappresenta. Ci sono molte linee di campo, quindi le dita le rappresentano. La forza è nella direzione in cui spingeresti con il palmo. La forza su una carica negativa è esattamente nella direzione opposta a quella su una carica positiva.
Regola della mano destra: i campi magnetici esercitano forze sulle cariche in movimento. Questa forza è una delle più elementari conosciute. La direzione della forza magnetica su una carica in movimento è perpendicolare al piano formato da ve B e segue la regola della mano destra – 1 (RHR-1) come mostrato. L’intensità della forza è proporzionale a q, v, B e al seno dell’angolo tra v e B.