Sähkövirta, sähkövaraus, magneettikenttä, magneettinen voima

Materiaalia sähkövirrasta, sähkövarauksesta, magneettikentästä ja magneettisesta voimasta

Vuonna 1819 tanskalainen tiedemies Hans Christian Oersted (1777–1851) löysi magnetismin ja sähkövirran eli liikkuvien varausten välisen yhteyden . Hän havaitsi, että kun kompassin neula oli lähellä sähkövirtaa kuljettavaa johdinta, se poikkesi suunnastaan. Kun sähkövirtaa ei ollut, kompassin neula osoitti pohjoiseen.

Kompassin neula on magneetti, joten magneettinen voima voi liikuttaa sitä . Mistä magneettinen voima (F) tulee? Kompassin neulan lähellä on sähkövirtaa kuljettava johdin, joten sähkövirran on tuotettava magneettinen voima.

Katso oikealla olevaa kuvaa. Käytä oikean käden sääntöä sähkövirran ja magneettikentän suuntien määrittämiseen. Jos sähkövirta (I) liikkuu ylöspäin, magneettikentän (B) suunta on vasemmalla olevan kuvan mukainen. Kääntäen, jos sähkövirta liikkuu alaspäin, magneettikentän suunta on oikealla olevan kuvan mukainen.

Magneettikenttä kohdistaa voiman virtaa kuljettavaan johtimeen

Sähkövirta voi kohdistaa voiman magneettisen kompassin neulaan. Voiko magneetti myös kohdistaa voiman sähkövirtaan?

Oletetaan, että magneetin pohjois- ja etelänapojen välillä kulkee sähkövirta johdinta pitkin. Nuoli pohjoisnavasta etelänapaan osoittaa magneettikentän suunnan. Punainen nuoli osoittaa sähkövirran suunnan (I) ja sininen nuoli magneettisen voiman suunnan (F).

Magneettisen voiman F suunta on kohtisuorassa sähkövirran I suuntaan ja kohtisuorassa magneettikentän B suuntaan nähden. Käytä oikean käden sääntöä sähkövirran suunnan, magneettikentän suunnan ja magneettisen voiman suunnan löytämiseen.

Seuraava yhtälö esittää magneettisen voiman, sähkövirran ja magneettikentän välisen suhteen.

F = BI l sin θ

F on magneettisen voiman symboli, B on magneettikentän symboli, I on sähkövirran symboli ja l on johtimen pituuden symboli magneettikentässä.

θ on sähkövirran suunnan ja magneettikentän suunnan välinen kulma. Jos sähkövirta on kohtisuorassa magneettikenttään nähden (90^o) niin sin 90:n arvo = 1, joten kaava muuttuu muotoon F = BI lpäinvastoin, jos sähkövirta on magneettikentän suuntainen (0^o) niin sinin arvo 0 = 0, joten magneettisella voimalla on arvo 0.

Magneettikentän laskemiseksi yllä oleva kaava muuttuu muotoon: B = F / I l.

Magneettisen voiman kansainvälinen yksikkö on Newton (lyhennetty N) ja magneettikentän kansainvälinen yksikkö on Tesla (lyhennetty T). Tesla on nimetty serbialais-amerikkalaisen keksijän ja fyysikon Nikola Teslan (1856-1943) mukaan. Yllä olevan magneettikentän kaavan perusteella magneettikentät voidaan ilmaista myös newtoneina ampeerimetriä kohti (N/A m). Teslan lisäksi magneettikentät ilmaistaan ​​myös Gaussin yksiköissä (G). Gauss on nimetty saksalaisen matemaatikon, tähtitieteilijän ja fyysikon mukaan, Johann Carl Friedrich Gauss (1777–1855). 1 G = 10^-4 T.

Magneettinen voima magneettikentässä liikkuvaan sähkövaraukseen

Magneettikenttä voi kohdistaa magneettisen voiman virtaa kuljettavaan johtimeen. Sähkövirta on liikkuva sähkövaraus, joten magneettikenttä voi kohdistaa magneettisen voiman myös vapaasti liikkuviin sähkövarauksiin, ei vain johtavaan johtimeen.

Magneettikentässä liikkuvaan sähkövaraukseen kohdistuvan magneettisen voiman laskemiseen tarkoitettu kaava on johdettu edellisestä magneettisen voiman kaavasta. F = BI l sin θ. Koska I = q/t ja l = vt, magneettisen voiman kaava muuttuu muotoon

Kaavan kuvaus: F = magneettinen voima, B = magneettikenttä, q = sähkövaraus, v = kuorman liikkumisnopeus, θ = kulma välillä v dan B

Jos v kohtisuorassa B maka θ = 90^o , jossa sin 90^o = 1. Toisaalta, jos v rinnakkain B maka θ = 0^o, jossa sin 0^o = 0. Joten magneettinen voima on suurimmillaan, kun v kohtisuorassa B ja magneettinen voima on nolla, kun v rinnakkain B.

Magneettisen voiman suunta F kohtisuorassa magneettikenttään nähden B ja kohtisuorassa sähkövarauksen nopeuteen nähden v.