Magnetkraftens storlek
Inlärningsmål
Viktiga takeaways
Nyckelpunkter
- Magnetfält utövar krafter på laddade partiklar i rörelse.
- Magnetkraftens \ text {F} riktning är vinkelrät mot det bildade planet av \ text {v} och \ text {B} som bestäms av högerregeln.
- SI-enheten för magnetfältets styrka kallas tesla (T), vilket motsvarar en Newton per ampere-meter. Ibland används den mindre enhetsgausen (10-4 T) istället.
- När uttrycket för magnetkraften kombineras med det för den elektriska kraften är det kombinerade uttrycket känt som Lorentz-kraften.
Nyckeltermer
- Coulomb-kraft: den elektrostatiska kraften mellan två laddningar, som beskrivs i Coulombs lag
- magnetfält: Ett tillstånd i utrymme runt en magnet eller elektrisk ström där det finns en detekterbar magnetisk kraft och där två magnetiska poler finns.
- tesla: I det internationella systemet för enheter, den härledda enheten med magnetisk flödestäthet eller magnetisk induktivitet . Symbol: T
Magnetkraftens storlek
Hur lockar en magnet en annan? Svaret bygger på det faktum att all magnetism är beroende av ström, laddningsflödet. Magnetfält utövar krafter på rörliga laddningar, och så utövar de krafter på andra magneter, som alla har rörliga laddningar.
Magnetkraften på en rörlig laddning är en av de mest grundläggande kända. Den magnetiska kraften är lika viktig som den elektrostatiska eller Coulomb-kraften. Ändå är den magnetiska kraften mer komplex, både i antalet faktorer som påverkar den och i dess riktning, än den relativt enkla Coulomb-kraften. Storleken på magnetkraften \ text {F} på en laddning \ text {q} som rör sig med en hastighet \ text {v} i ett magnetfält med styrka \ text {B} ges av:
\ text {F} = \ text {qvBsin} (\ theta)
\ text {B} = \ frac {\ text {F}} {\ text {qvsin} (\ theta)}
Eftersom sinθ är enhetslös är tesla
1 \ text {T} = \ frac {1 \ text {N}} {\ text {C} * \ text {m} / \ text {s}} = \ frac {1 \ text {N}} {\ text {A} * \ text {m}}
En annan mindre enhet, kallad gauss (G), där 1 G = 10−4 T, används ibland. De starkaste permanentmagneterna har fält nära 2 T; superledande elektromagneter kan uppnå 10 T eller mer. Jordens magnetfält på dess yta är endast cirka 5 × 10−5 T, eller 0,5 G.
Magnetkraftens \ text {F} riktning är vinkelrät mot planet som bildas av \ text {v } och \ text {B} som bestäms av högerhandregeln, som illustreras i figur 1. Den anger att, för att bestämma magnetkraftens riktning på en positiv rörlig laddning, pekar du högerhandens tumme i riktning av \ text {v}, fingrarna i riktning mot \ text {B} och en vinkelrät mot handflatan pekar i riktning mot \ text {F}. Ett sätt att komma ihåg detta är att det finns en hastighet, så tummen representerar den. Det finns många fältlinjer, och så representerar fingrarna dem. Kraften är i den riktning du skulle trycka med din handflata. Kraften på en negativ laddning är i exakt motsatt riktning mot den på en positiv laddning.
Högerhandregel: Magnetfält utövar krafter på rörliga laddningar. Denna kraft är en av de mest grundläggande kända. Riktningen för magnetkraften på en rörlig laddning är vinkelrät mot planet som bildas av v och B och följer högerhandregeln – 1 (RHR-1) som visas. Kraftens storlek är proportionell mot q, v, B och vinkeln mellan v och B.