Cikkek az elektromos áramról, elektromos töltésről, mágneses mezőről és mágneses erőről
1819-ben egy dán tudós, Hans Christian Oersted (1777-1851) felfedezte a mágnesesség és az elektromos áramok, vagyis a mozgó töltések közötti kapcsolatot. Azt tapasztalta, hogy amikor az iránytű tűje egy élő vezeték közelében van, az eltérül. Áramszünetben az iránytű tűje északra mutat.
Az iránytű tűje egy mágnes, tehát mágneses erő mozgathatja. Honnan származik a mágneses erő (F)? Az iránytű tűje közelében van egy vezeték, amelyen elektromos áram folyik, így a mágneses erőt az elektromos áramnak kell kifejtenie.
Nézd meg az oldalsó képet. Az elektromos áram és a mágneses mező irányát a jobbkézszabály segítségével lehet meghatározni. Ha az elektromos áram (I) felfelé mozog, a mágneses mező (B) iránya a bal oldalon látható. Ha az elektromos áram iránya lefelé irányul, a mágneses mező iránya a jobb oldalon látható.
A mágneses mező erőt fejt ki az áramvezető vezetékre
Korábban elmagyaráztuk, hogy az elektromos áram erőt tud kifejteni a mágneses iránytű tűjére. Tud-e egy mágnes erőt kifejteni az elektromos áramra?
Tegyük fel, hogy egy elektromos áramot szállító vezeték van elhelyezve egy mágnes északi és déli pólusa között. A mágneses mező irányát egy nyíl jelzi az északi pólustól a déli pólusig. Ha az elektromos áram irányát (I) egy piros nyíl jelzi, akkor egy mágneses erő (F) jelenik meg, amelynek irányát egy kék nyíl ábrázolja.
Az F mágneses erő iránya merőleges az I elektromos áram irányára és merőleges a B mágneses tér irányára.
Az elektromos áram iránya, a mágneses tér iránya és a mágneses erő iránya a jobbkézszabály segítségével határozható meg.
A mágneses erő, az elektromos áram és a mágneses tér közötti kapcsolatot a következő egyenlet fejezi ki.
F = BI l sin θ
Az F a mágneses erő, a B a mágneses mező, az I az elektromos áram, az l pedig a mágneses mezőben lévő vezeték hosszának szimbóluma.
θ az elektromos áram iránya és a mágneses tér iránya közötti szög. Ha az elektromos áram merőleges a mágneses térre (90°), akkor a sin 90 értéke = 1. A képlet F = BI l-re változik, fordítva, ha az elektromos áram párhuzamos a mágneses térrel (0°), akkor a sin 0 értéke = 0, tehát a mágneses erő 0.
A mágneses tér kiszámításához a fenti képletet a következőre kell változtatni: B = F / I l.
A mágneses erő nemzetközi mértékegysége a Newton (rövidítve N), a mágneses tér nemzetközi mértékegysége pedig a Tesla (rövidítve T). A Tesla nevét a szerb-amerikai feltalálóról és fizikusról, Nikola Tesláról (1856-1943) kapta. A fenti mágneses tér képlete alapján a mágneses tér Newton per amperméterben (N/A m) is kifejezhető. A Teslán kívül a mágneses teret Gaussban (G) is kifejezik. A Gauss a német matematikus, csillagász és fizikus, Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855) nevéből származik. 1G = 10⁻⁴T
A mágneses térben mozgó elektromos töltésekre ható mágneses erő
Egy mágneses mező mágneses erőt fejthet ki egy áramvezető vezetékre. Az elektromos áramok mozgó elektromos töltések, így a mágneses mező szabadon mozgó elektromos töltésekre is képes mágneses erőt kifejteni, nem csak a vezető vezetékekre.
A mágneses térben mozgó elektromos töltésekre ható mágneses erő kiszámításának képlete az előző F = BI l sin θ mágneses erőképletből származik. Mivel I = q/t és l = vt, a mágneses erőképlet a következőre változik:
A képlet leírása: F = mágneses erő, B = mágneses tér, q = elektromos töltés, v = a töltés mozgási sebessége, θ = v és B közötti szög
Ha v merőleges B-re, akkor θ = 90 ° , ahol sin 90 ° = 1. Fordítva, ha v párhuzamos B-vel, akkor θ = 0 ° , ahol sin 0 ° = 0. Tehát a mágneses erő akkor maximális, amikor v merőleges B-re, és a mágneses erő nulla, amikor v párhuzamos B-vel.
Az F mágneses erő iránya merőleges a B mágneses térre és merőleges az elektromos töltés sebességére v.
