Υλικό σχετικά με ηλεκτρικό ρεύμα, ηλεκτρικό φορτίο, μαγνητικό πεδίο, μαγνητική δύναμη
Το 1819, ένας Δανός επιστήμονας ονόματι Χανς Κρίστιαν Έρστεντ (1777–1851) ανακάλυψε τη σχέση μεταξύ μαγνητισμού και ηλεκτρικού ρεύματος , ή κινούμενων φορτίων . Διαπίστωσε ότι όταν η βελόνα της πυξίδας βρισκόταν κοντά σε ένα καλώδιο που μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα, εκτρεπόταν. Όταν δεν υπήρχε ηλεκτρικό ρεύμα, η βελόνα της πυξίδας έδειχνε βόρεια.
Η βελόνα της πυξίδας είναι μαγνήτης, επομένως η μαγνητική δύναμη μπορεί να την κινήσει . Από πού προέρχεται η μαγνητική δύναμη (F); Κοντά στη βελόνα της πυξίδας υπάρχει ένα σύρμα που μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα, επομένως το ηλεκτρικό ρεύμα πρέπει να παράγει μαγνητική δύναμη.
Κοιτάξτε την εικόνα στα δεξιά. Χρησιμοποιήστε τον κανόνα του δεξιού χεριού για να προσδιορίσετε την κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος και την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Εάν το ηλεκτρικό ρεύμα (I) κινείται προς τα πάνω, η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου (B) θα είναι όπως φαίνεται στην εικόνα στα αριστερά. Αντίθετα, εάν το ηλεκτρικό ρεύμα κινείται προς τα κάτω, η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου θα είναι όπως φαίνεται στην εικόνα στα δεξιά.
Ένα μαγνητικό πεδίο ασκεί δύναμη σε ένα καλώδιο που μεταφέρει ρεύμα
Ένα ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να ασκήσει δύναμη στη βελόνα μιας μαγνητικής πυξίδας. Μπορεί ένας μαγνήτης επίσης να ασκήσει δύναμη σε ένα ηλεκτρικό ρεύμα;
Ας υποθέσουμε ότι υπάρχει ένα καλώδιο που μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα μεταξύ του βόρειου και του νότιου πόλου ενός μαγνήτη. Το βέλος από τον βόρειο πόλο προς τον νότιο πόλο υποδεικνύει την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Το κόκκινο βέλος υποδεικνύει την κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος (I) και το μπλε βέλος υποδεικνύει την κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης (F).
Η κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης F είναι κάθετη στην κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος I και κάθετη στην κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου B. Χρησιμοποιήστε τον κανόνα του δεξιού χεριού για να βρείτε την κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος, την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου και την κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης.
Η ακόλουθη εξίσωση δηλώνει τη σχέση μεταξύ μαγνητικής δύναμης, ηλεκτρικού ρεύματος και μαγνητικού πεδίου.
F = BI l sin θ
Το F είναι το σύμβολο της μαγνητικής δύναμης, το B είναι το σύμβολο του μαγνητικού πεδίου, το I είναι το σύμβολο του ηλεκτρικού ρεύματος και το l είναι το σύμβολο του μήκους του σύρματος σε ένα μαγνητικό πεδίο.
θ είναι η γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης του ηλεκτρικού ρεύματος και της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου. Εάν το ηλεκτρικό ρεύμα είναι κάθετο στο μαγνητικό πεδίο (90 ° ), τότε η τιμή του sin 90 = 1, οπότε ο τύπος αλλάζει σε F = BI/l , αντίστροφα, εάν το ηλεκτρικό ρεύμα είναι παράλληλο στο μαγνητικό πεδίο (0 ° ), τότε η τιμή του sin 0 = 0, οπότε η μαγνητική δύναμη είναι 0.
Για τον υπολογισμό του μαγνητικού πεδίου, ο παραπάνω τύπος αλλάζει σε: B = F / I l.
Η Διεθνής Μονάδα Μαγνητικής Δύναμης είναι το Νεύτωνα (συντομογραφία N), η Διεθνής Μονάδα Μαγνητικού Πεδίου είναι το Τέσλα (συντομογραφία T). Το όνομα Τέσλα προέρχεται από το όνομα του Σερβοαμερικανού εφευρέτη και φυσικού, Νίκολα Τέσλα (1856-1943). Με βάση τον παραπάνω τύπο μαγνητικού πεδίου, το μαγνητικό πεδίο μπορεί επίσης να εκφραστεί σε μονάδες Νιούτον ανά Αμπερμέτρο (N/A m). Εκτός από το Τέσλα, το μαγνητικό πεδίο εκφράζεται επίσης σε μονάδες Γκάους (G). Το όνομα Γκάους προέρχεται από το όνομα του Γερμανού μαθηματικού, αστρονόμου και φυσικού, Γιόχαν Καρλ Φρίντριχ Γκάους (1777-1855). 1 G = 10 -4 T.
Μαγνητική δύναμη σε ηλεκτρικό φορτίο που κινείται σε μαγνητικό πεδίο
Ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί να ασκήσει μαγνητική δύναμη σε ένα σύρμα που μεταφέρει ρεύμα. Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο, επομένως ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί επίσης να ασκήσει μαγνητική δύναμη σε ελεύθερα κινούμενα ηλεκτρικά φορτία, όχι μόνο σε ένα αγώγιμο σύρμα.
Ο τύπος για τον υπολογισμό της μαγνητικής δύναμης σε ένα ηλεκτρικό φορτίο που κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο προέρχεται από τον προηγούμενο τύπο μαγνητικής δύναμης F = BI l sin θ . Δεδομένου ότι I = q/t και l = vt, ο τύπος μαγνητικής δύναμης αλλάζει σε
Περιγραφή τύπου: F = μαγνητική δύναμη, B = μαγνητικό πεδίο, q = ηλεκτρικό φορτίο, v = ταχύτητα κίνησης του φορτίου, θ = γωνία μεταξύ v dan B
Τζίκα v κάθετο προς B maka Θ = 90o , όπου sin 90o = 1. Από την άλλη πλευρά, αν v παράλληλα με B maka Θ = 0o, όπου sin 0o = 0. Έτσι, η μαγνητική δύναμη έχει μέγιστη τιμή όταν v κάθετο προς B και η μαγνητική δύναμη είναι μηδέν όταν v παράλληλα με B.
Η κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης F είναι κάθετη στο μαγνητικό πεδίο Β και κάθετη στην ταχύτητα του ηλεκτρικού φορτίου v.
