Artiklid teemal Elektrivool, elektrilaeng, magnetväli, magnetjõud
1819. aastal avastas Taani teadlane Hans Christian Oersted (1777–1851) seose magnetismi ja elektrivoolude ehk liikuvate laengute vahel. Ta leidis, et kui kompassi nõel on pingestatud juhtme lähedal, siis see kaldub kõrvale. Kui voolu pole, osutab kompassi nõel põhja.
Kompassinõel on magnet, seega saab seda magnetjõud liigutada. Kust tuleb magnetjõud (F)? Kompassinõela lähedal on elektrivoolu läbiv juhe, seega peab magnetjõud avalduma elektrivoolu abil.
Vaata kõrvalolevat pilti. Elektrivoolu ja magnetvälja suuna saab leida parema käe reegli abil. Kui elektrivool (I) liigub ülespoole, on magnetvälja (B) suund selline, nagu vasakul näidatud. Kui elektrivool liigub allapoole, on magnetvälja suund selline, nagu paremal näidatud.
Magnetväli avaldab voolu kandvale juhtmele jõudu
Eelnevalt selgitati, et elektrivool võib magnetilisele kompassi nõelale jõudu avaldada. Kas magnet saab samuti elektrivoolule jõudu avaldada?
Oletame, et magneti põhja- ja lõunapooluse vahele on asetatud elektrivoolu läbiv juhe. Magnetvälja suunda näitab nool põhjapooluselt lõunapoolusele. Kui elektrivoolu suunda (I) näitab punane nool, siis ilmneb magnetiline jõud (F), mille suunda tähistab sinine nool.
Magnetjõu F suund on risti elektrivoolu I suunaga ja risti magnetvälja B suunaga.
Elektrivoolu suunda, magnetvälja suunda ja magnetjõu suunda saab määrata parema käe reegli abil.
Magnetjõu, elektrivoolu ja magnetvälja vahelist seost väljendab järgmine võrrand.
F = BI l sin θ
F on magnetjõu sümbol, B on magnetvälja sümbol, I on elektrivoolu sümbol, l on magnetväljas oleva juhtme pikkuse sümbol.
θ on nurk elektrivoolu suuna ja magnetvälja suuna vahel. Kui elektrivool on magnetväljaga risti (90°), siis on sin 90 väärtus = 1. Valem muutub kujule F = BI l, vastupidi, kui elektrivool on magnetväljaga paralleelne (0°), siis on sin 0 väärtus = 0, seega magnetjõud on 0.
Magnetvälja arvutamiseks muudetakse ülaltoodud valem järgmiselt: B = F / I l.
Magnetjõu rahvusvaheline ühik on njuuton (lühendatult N), magnetvälja rahvusvaheline ühik on Tesla (lühendatult T). Tesla on saanud nime Serbia-Ameerika leiutaja ja füüsiku Nikola Tesla (1856–1943) järgi. Ülaltoodud magnetvälja valemi põhjal saab magnetvälja väljendada ka njuutonites ampermeetri kohta (N/A m). Lisaks Teslale väljendatakse magnetvälja ka Gaussis (G). Gauss tuleb saksa matemaatiku, astronoomi ja füüsiku Johann Carl Friedrich Gaussi (1777–1855) nimest. 1G = 10⁻⁴T
Magnetväljas liikuvatele elektrilaengutele mõjuv magnetjõud
Magnetväli võib voolu kandvale juhtmele avaldada magnetjõudu. Elektrivoolud on liikuvad elektrilaengud, seega võib magnetväli avaldada magnetjõudu ka vabalt liikuvatele elektrilaengutele, mitte ainult juhtivatele juhtmetele.
Magnetväljas liikuvatele elektrilaengutele mõjuva magnetjõu arvutamise valem tuletatakse eelnevast magnetjõu valemist F = BI l sin θ. Kuna I = q/t ja l = vt, muutub magnetjõu valem järgmiselt:
Valemi kirjeldus: F = magnetjõud, B = magnetväli, q = elektrilaeng, v = laengu liikumiskiirus, θ = nurk v ja B vahel
Kui v on risti B-ga, siis θ = 90 ° , kus sin 90 ° = 1. Vastupidi, kui v on paralleelne B-ga, siis θ = 0 ° , kus sin 0 ° = 0. Seega on magnetjõud maksimaalne, kui v on risti B-ga ja magnetjõud on null, kui v on paralleelne B-ga.
Magnetjõu F suund on risti magnetvälja B suhtes ja risti elektrilaengu kiirusega v.
