Статии за електрически ток, електрически заряд, магнитно поле, магнитна сила
През 1819 г. датският учен Ханс Кристиан Ерстед (1777-1851) открива връзката между магнетизма и електрическите токове или движещите се заряди. Той установява, че когато стрелката на компаса е близо до проводник под напрежение, тя се отклонява. Когато няма ток, стрелката на компаса сочи на север.
Стрелката на компаса е магнит, така че може да се движи от магнитна сила. Откъде идва магнитната сила (F)? Близо до стрелката на компаса има проводник, по който тече електрически ток, така че магнитната сила трябва да се упражнява от електрическия ток.
Вижте картинката отстрани. Посоката на електрическия ток и посоката на магнитното поле могат да бъдат намерени с помощта на правилото на дясната ръка. Ако електрическият ток (I) се движи нагоре, посоката на магнитното поле (B) е както е показано вляво. Ако посоката на електрическия ток е надолу, посоката на магнитното поле е както е показано вдясно.
Магнитното поле упражнява сила върху проводника, по който тече ток
Преди това беше обяснено, че електрическият ток може да упражнява сила върху магнитната стрелка на компаса. Може ли магнитът също да упражнява сила върху електрическия ток?
Да предположим, че има проводник, по който тече електрически ток, поставен между северния и южния полюс на магнит. Посоката на магнитното поле е обозначена със стрелка от северния полюс към южния полюс. Ако посоката на електрическия ток (I) е обозначена с червена стрелка, тогава се появява магнитна сила (F), чиято посока е представена със синя стрелка.
Посоката на магнитната сила F е перпендикулярна на посоката на електрическия ток I и перпендикулярна на посоката на магнитното поле B.
Посоката на електрическия ток, посоката на магнитното поле и посоката на магнитната сила могат да се определят с помощта на правилото на дясната ръка.
Връзката между магнитната сила, електрическия ток и магнитното поле се изразява със следното уравнение.
F = BI l sin θ
F е символ на магнитна сила, B е символ на магнитно поле, I е символ на електрически ток, l е символ на дължината на проводник, който се намира 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. 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, горната формула 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 е кръстена 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 Нютони 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). 1G = 10-4T
Магнитната сила върху електрическите заряди, движещи се в магнитно поле
Магнитното поле може да упражнява магнитна сила върху проводник, по който тече ток. Електрическите токове са електрически заряди в движение, така че магнитното поле може да упражнява магнитна сила и върху свободно движещи се електрически заряди, не само върху проводящи проводници.
Формулата за изчисляване на магнитната сила върху електрически заряди, движещи 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 заряда, θ = ъгъл между v и B
Ако v е перпендикулярна на B, тогава θ = 90 ° , където sin 90 ° = 1. Обратно, ако v е успоредна на B, тогава θ = 0 ° , където sin 0 ° = 0. Следователно, магнитната сила е максимална, когато v е перпендикулярна на B, а магнитната сила е нула, когато v е успоредна на B.
Посоката на магнитната сила F е перпендикулярна на магнитното поле B и перпендикулярна на скоростта на електрическия заряд v.
