Artikler om elektrisk strøm, elektrisk ladning, magnetfelt, magnetisk kraft
I 1819 opdagede en dansk videnskabsmand ved navn Hans Christian Ørsted (1777-1851) sammenhængen mellem magnetisme og elektriske strømme eller bevægelige ladninger. Han fandt ud af, at når en kompasnål er i nærheden af en spændingsførende ledning, afbøjes kompasnålen. Når der ikke er strøm, peger kompasnålen mod nord.
En kompasnål er en magnet, så den kan bevæges af en magnetisk kraft. Hvor kommer den magnetiske kraft (F) fra? Nær kompasnålen er der en ledning, der fører en elektrisk strøm, så den magnetiske kraft skal udøves af den elektriske strøm.
Se på billedet på siden. Retningen af den elektriske strøm og retningen af magnetfeltet kan findes ved hjælp af højrehåndsreglen. Hvis den elektriske strøm (I) bevæger sig opad, er retningen af magnetfeltet (B) som vist til venstre. Hvis retningen af den elektriske strøm er nedad, er retningen af magnetfeltet som vist til højre.
Magnetfeltet udøver en kraft på den strømførende ledning
Tidligere blev det forklaret, at en elektrisk strøm kan udøve en kraft på en magnetisk kompasnål. Kan en magnet også udøve en kraft på en elektrisk strøm?
Antag, at der er en ledning, der fører en elektrisk strøm, placeret mellem nord- og sydpolen på en magnet. Magnetfeltets retning er angivet med en pil fra nordpolen til Sydpolen. Hvis retningen af den elektriske strøm (I) er angivet med en rød pil, opstår der en magnetisk kraft (F), hvis retning er repræsenteret af en blå pil.
Retningen af den magnetiske kraft F er vinkelret på retningen af den elektriske strøm I og vinkelret på retningen af magnetfeltet B.
Retningen af den elektriske strøm, retningen af magnetfeltet og retningen af den magnetiske kraft kan bestemmes ved hjælp af højrehåndsreglen.
Forholdet mellem magnetisk kraft, elektrisk strøm og magnetfelt udtrykkes ved følgende ligning.
F = BI l sin θ
F er et symbol for magnetisk kraft, B er et symbol for et magnetfelt, I er et symbol for en elektrisk strøm, og l er et symbol for længden af en ledning, der er i et magnetfelt.
θ er vinklen mellem den elektriske strøms retning og magnetfeltets retning. Hvis den elektriske strøm er vinkelret på magnetfeltet (90o), er værdien af sin 90 = 1. Formlen ændres til F = BI l, omvendt, hvis den elektriske strøm er parallel med magnetfeltet (0o), er værdien af sin 0 = 0, således at den magnetiske kraft er 0.
For at beregne magnetfeltet ændres ovenstående formel til: B = F / I l.
Den internationale enhed for magnetisk kraft er Newton (forkortet N), og den internationale enhed for magnetfelt er Tesla (forkortet T). Tesla er opkaldt efter den serbisk-amerikanske opfinder og fysiker, Nikola Tesla (1856-1943). Baseret på ovenstående magnetfeltformel kan magnetfeltet også udtrykkes i enhederne Newton pr. amperemeter (N/A m). Udover Tesla udtrykkes magnetfeltet også i enhederne Gauss (G). Gauss kommer fra navnet på den tyske matematiker, astronom og fysiker, Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855). 1G = 10-4T
Den magnetiske kraft på elektriske ladninger, der bevæger sig i et magnetfelt
Et magnetfelt kan udøve en magnetisk kraft på en strømførende ledning. Elektriske strømme er elektriske ladninger i bevægelse, så et magnetfelt kan også udøve en magnetisk kraft på frit bevægelige elektriske ladninger, ikke kun på ledende ledninger.
Formlen til beregning af den magnetiske kraft på elektriske ladninger, der bevæger sig i et magnetfelt, er afledt af den tidligere formel for magnetisk kraft F = BI l sin θ. Fordi I = q/t og l = vt, ændres formelen for magnetisk kraft til,
Beskrivelse af formlen: F = magnetisk kraft, B = magnetfelt, q = elektrisk ladning, v = ladningens bevægelseshastighed, θ = vinklen mellem v og B
Hvis v er vinkelret på B, så er θ = 90 ° , hvor sin 90 ° = 1. Omvendt, hvis v er parallel med B, så er θ = 0 ° , hvor sin 0 ° = 0. Så den magnetiske kraft er maksimal, når v er vinkelret på B, og den magnetiske kraft er nul, når v er parallel med B.
Retningen af den magnetiske kraft F er vinkelret på magnetfeltet B og vinkelret på den elektriske ladnings hastighed v.
