Omvang van de magnetische kracht
Leerdoelen
Belangrijkste afhaalmaaltijden
Hoofdpunten
- Magnetische velden oefenen krachten uit op geladen deeltjes in beweging.
- De richting van de magnetische kracht \ text {F} staat loodrecht op het gevormde vlak door \ text {v} en \ text {B} zoals bepaald door de rechterhandregel.
- De SI-eenheid voor de grootte van de magnetische veldsterkte wordt de tesla (T) genoemd, wat gelijk is aan één Newton per ampèremeter. Soms wordt in plaats daarvan de kleinere eenheid gauss (10-4 T) gebruikt.
- Wanneer de uitdrukking voor de magnetische kracht wordt gecombineerd met die voor de elektrische kracht, staat de gecombineerde uitdrukking bekend als de Lorentz-kracht.
Sleutelbegrippen
- Coulomb-kracht: de elektrostatische kracht tussen twee ladingen, zoals beschreven door de wet van Coulomb
- magnetisch veld: een toestand in de ruimte rond een magneet of elektrische stroom waarin er een detecteerbare magnetische kracht is en waar twee magnetische polen aanwezig zijn.
- tesla: In het International System of Units, de afgeleide eenheid van magnetische fluxdichtheid of magnetische inductiviteit . Symbool: T
Grootte van de magnetische kracht
Hoe trekt de ene magneet een andere aan? Het antwoord is gebaseerd op het feit dat al het magnetisme afhankelijk is van stroom, de ladingsstroom. Magnetische velden oefenen krachten uit op bewegende ladingen, en dus oefenen ze krachten uit op andere magneten, die allemaal bewegende ladingen hebben.
De magnetische kracht op een bewegende lading is een van de meest fundamentele die we kennen. De magnetische kracht is net zo belangrijk als de elektrostatische of coulombkracht. Toch is de magnetische kracht complexer, zowel in het aantal factoren dat erop van invloed is als in zijn richting, dan de relatief eenvoudige Coulomb-kracht. De grootte van de magnetische kracht \ text {F} op een lading \ text {q} beweegt met een snelheid \ text {v} in een magnetisch veld met sterkte \ text {B} wordt gegeven door:
\ text {F} = \ text {qvBsin} (\ theta)
\ text {B} = \ frac {\ text {F}} {\ text {qvsin} (\ theta)}
Omdat sinθ geen eenheid is, is de tesla
1 \ text {T} = \ frac {1 \ text {N}} {\ text {C} * \ text {m} / \ text {s}} = \ frac {1 \ text {N}} {\ text {A} * \ text {m}}
Nog een kleinere eenheid, de gauss (G), waarbij 1 G = 10−4 T, wordt soms gebruikt. De sterkste permanente magneten hebben velden in de buurt van 2 T; supergeleidende elektromagneten kunnen 10 T of meer bereiken. Het magnetisch veld van de aarde op zijn oppervlak is slechts ongeveer 5 × 10−5 T, of 0,5 G.
De richting van de magnetische kracht \ text {F} staat loodrecht op het vlak gevormd door \ text {v } en \ text {B} zoals bepaald door de rechterhandregel, die wordt geïllustreerd in Figuur 1. Hierin staat dat om de richting van de magnetische kracht op een positief bewegende lading te bepalen, je de duim van de rechterhand in de richting van \ text {v}, de vingers in de richting van \ text {B}, en een loodrecht op de handpalm wijst in de richting van \ text {F}. Een manier om dit te onthouden is dat er één snelheid is, en dus stelt de duim die voor. Er zijn veel veldlijnen, en dus vertegenwoordigen de vingers ze. De kracht is in de richting waarin u met uw handpalm zou duwen. De kracht op een negatieve lading is precies in de tegenovergestelde richting van die op een positieve lading.
Rechterhandregel: magnetische velden oefenen krachten uit op bewegende ladingen. Deze kracht is een van de meest elementaire bekende. De richting van de magnetische kracht op een bewegende lading staat loodrecht op het vlak gevormd door v en B en volgt de rechterhandregel – 1 (RHR-1) zoals weergegeven. De grootte van de kracht is evenredig met q, v, B en de sinus van de hoek tussen v en B.