Wielkość siły magnetycznej
Cele nauczania
Kluczowe wnioski
Kluczowe punkty
- Pola magnetyczne wywierają siły na naładowane cząstki w ruchu.
- Kierunek siły magnetycznej \ text {F} jest prostopadły do utworzonej płaszczyzny przez \ text {v} i \ text {B} zgodnie z regułą prawej ręki.
- Jednostka SI określająca wielkość natężenia pola magnetycznego nazywana jest teslą (T), co odpowiada jednemu Newton na amperometr. Czasami zamiast tego używana jest mniejsza jednostka gaussa (10-4 T).
- Kiedy wyrażenie określające siłę magnetyczną łączy się z wyrażeniem określającym siłę elektryczną, połączone wyrażenie jest znane jako siła Lorentza.
Kluczowe terminy
- Siła kulomba: siła elektrostatyczna między dwoma ładunkami, zgodnie z prawem Coulomba
- pole magnetyczne: warunek w przestrzeń wokół magnesu lub prądu elektrycznego, w której występuje wykrywalna siła magnetyczna i gdzie występują dwa bieguny magnetyczne.
- Tesla: W międzynarodowym układzie jednostek pochodna jednostka gęstości strumienia magnetycznego lub indukcyjności magnetycznej . Symbol: T
Wielkość siły magnetycznej
W jaki sposób jeden magnes przyciąga inny? Odpowiedź polega na fakcie, że cały magnetyzm opiera się na prądzie, przepływie ładunku. Pola magnetyczne wywierają siły na poruszające się ładunki, więc wywierają siły na inne magnesy, z których wszystkie mają ruchome ładunki.
Siła magnetyczna działająca na poruszający się ładunek jest jedną z najbardziej podstawowych znanych. Siła magnetyczna jest tak samo ważna jak siła elektrostatyczna lub siła kulombowska. Jednak siła magnetyczna jest bardziej złożona, zarówno pod względem liczby czynników, które na nią oddziałują, jak i w jej kierunku, niż stosunkowo prosta siła Coulomba. Wielkość siły magnetycznej \ text {F} na ładunku \ text {q} poruszającym się z prędkością \ text {v} w polu magnetycznym siły \ text {B} jest wyrażona wzorem:
\ text {F} = \ text {qvBsin} (\ theta)
\ text {B} = \ frac {\ text {F}} {\ text {qvsin} (\ theta)}
Ponieważ sinθ nie ma jednostek, tesla wynosi
1 \ text {T} = \ frac {1 \ text {N}} {\ text {C} * \ text {m} / \ text {s}} = \ frac {1 \ text {N}} {\ text {A} * \ text {m}}
Kolejna mniejsza jednostka, zwana Gauss (G), gdzie 1 G = 10-4 T, jest czasami używane. Najsilniejsze magnesy trwałe mają pola w pobliżu 2 T; elektromagnesy nadprzewodzące mogą osiągać 10 T lub więcej. Pole magnetyczne Ziemi na jej powierzchni wynosi tylko około 5 × 10-5 T, czyli 0,5 G.
Kierunek siły magnetycznej \ text {F} jest prostopadły do płaszczyzny utworzonej przez \ text {v } i \ text {B} zgodnie z regułą prawej ręki, która jest zilustrowana na rysunku 1. Stwierdza ona, że aby określić kierunek siły magnetycznej działającego na dodatni ruchomy ładunek, należy skierować kciuk prawej ręki w kierunek \ text {v}, palce w kierunku \ text {B}, a prostopadła do dłoni wskazuje w kierunku \ text {F}. Jednym ze sposobów na zapamiętanie tego jest to, że jest jedna prędkość, więc kciuk ją reprezentuje. Jest wiele linii pola, więc reprezentują je palce. Siła jest w kierunku, w którym popchnąłbyś dłonią. Siła działająca na ładunek ujemny jest dokładnie odwrotna do siły działającej na ładunek dodatni.
Reguła prawej ręki: Pola magnetyczne wywierają siłę na poruszające się ładunki. Ta siła jest jedną z najbardziej podstawowych znanych. Kierunek siły magnetycznej działającej na poruszający się ładunek jest prostopadły do płaszczyzny utworzonej przez v i B i jest zgodny z regułą prawej ręki – 1 (RHR-1), jak pokazano. Wielkość siły jest proporcjonalna do q, v, B i sinusa kąta między v i B.