Материал за електрически ток, електрически заряд, магнитно поле, магнитна сила
През 1819 г. датският учен на име Ханс Кристиан Ерстед (1777–1851) открива връзката между магнетизма и електрическия ток или движещите се заряди . Той установява, че когато стрелката на компаса е близо до проводник, по който тече електрически ток, тя се отклонява. Когато няма електрически ток, стрелката на компаса сочи на север.
Стрелката на компаса е магнит, така че магнитната сила може да я движи . Откъде идва магнитната сила (F)? Близо до стрелката на компаса има проводник, по който тече електрически ток, така че електрическият ток трябва да произвежда магнитна сила.
Вижте изображението вдясно. Използвайте правилото на дясната ръка, за да определите посоката на електрическия ток и посоката на магнитното поле. Ако електрическият ток (I) се движи нагоре, посоката на магнитното поле (B) ще бъде както е показано на изображението вляво. Обратно, ако електрическият ток се движи надолу, посоката на магнитното поле ще бъде както е показано на изображението вдясно.
Магнитно поле упражнява сила върху проводник, по който тече ток
Електрическият ток може да упражнява сила върху магнитната стрелка на компаса. Може ли магнитът също да упражнява сила върху електрически ток?
Да предположим, че има проводник, по който тече електрически ток между северния и южния полюс на магнит. Стрелката от северния полюс към южния полюс показва посоката на магнитното поле. Червената стрелка показва посоката на електрическия ток (I), а синята стрелка показва посоката на магнитната сила (F).
Посоката на магнитната сила F е перпендикулярна на посоката на електрическия ток I и перпендикулярна на посоката на магнитното поле B. Използвайте правилото на дясната ръка, за да намерите посоката на електрическия ток, посоката на магнитното поле и посоката на магнитната сила.
Следното уравнение показва връзката между магнитната сила, електрическия ток и магнитното поле.
F = BI l sin θ
F е символът за магнитна сила, B е символът за магнитно поле, I е символът за електрически ток, l е символът за дължината на проводника в магнитно поле.
θ е ъгълът между посоката на електрическия ток и посоката на магнитното поле. Ако електрическият ток е перпендикулярен на магнитното поле (90 ° ), тогава стойността на sin 90 = 1, така че формулата се променя на F = BI l , и обратно, ако електрическият ток е успореден на магнитното поле (0 ° ), тогава стойността на sin 0 = 0, така че магнитната сила е 0.
За да се изчисли магнитното поле, формулата по-горе се променя на: B = F / I l.
Международната единица за магнитна сила е Нютон (съкратено N), а международната единица за магнитно поле е Тесла (съкратено T). Тесла произлиза от името на сръбско-американския изобретател и физик Никола Тесла (1856-1943). Въз основа на формулата за магнитно поле по-горе, магнитното поле може да се изрази и в единици Нютон на амперметър (N/A m). Освен Тесла, магнитното поле се изразява и в единици Гаус (G). Гаус произлиза от името на немския математик, астроном и физик Йохан Карл Фридрих Гаус (1777-1855). 1 G = 10⁻⁴ T.
Магнитна сила върху електрически заряд, движещ се в магнитно поле
Магнитното поле може да упражнява магнитна сила върху проводник, по който тече ток. Електрическият ток е движещ се електрически заряд, така че магнитното поле може да упражнява магнитна сила и върху свободно движещи се електрически заряди, не само върху проводящ проводник.
Формулата за изчисляване на магнитната сила върху електрически заряд, движещ се в магнитно поле, е извлечена от предишната формула за магнитна сила F = BI l sin θ . Тъй като I = q/t и l = vt, формулата за магнитна сила се променя на
Описание на формулата: F = магнитна сила, B = магнитно поле, q = електрически заряд, v = скорост на движение на товара, θ = ъгъл между v дан B
Джика v перпендикулярно на B Maka θ = 90o , където sin 90o = 1. От друга страна, ако v успоредно на B Maka θ = 0o, където sin 0o = 0. Така че магнитната сила има максимална стойност, когато v перпендикулярно на B и магнитната сила е нула, когато v успоредно на B.
Посоката на магнитната сила F е перпендикулярна на магнитното поле B и перпендикулярна на скоростта на електрическия заряд v.
