Greinar um rafstraum rafhleðsla segulsvið segulkraft
Árið 1819 uppgötvaði danskur vísindamaður að nafni Hans Christian Oersted (1777-1851) tengslin milli segulmagns og rafstrauma eða hreyfanlegra hleðslna. Hann komst að því að þegar áttavitanál er nálægt spennuþráði, þá sveigist áttavitanálin. Þegar enginn straumur er bendir áttavitanálin í norður.
Áttavitanál er segull, þannig að segulkraftur getur hreyft hana. Hvaðan kemur segulkrafturinn (F)? Nálægt áttavitanálinni er vír sem flytur rafstraum þannig að segulkrafturinn verður að vera framkallaður af rafstraumnum.
Skoðið myndina hér til hliðar. Hægt er að finna stefnu rafstraumsins og stefnu segulsviðsins með hægri reglunni. Ef rafstraumurinn (I) færist upp, þá er stefna segulsviðsins (B) eins og sýnt er vinstra megin. Ef stefna rafstraumsins er niður, þá er stefna segulsviðsins eins og sýnt er hægra megin.
Segulsviðið verkar kraft á straumleiðarann
Áður var útskýrt að rafstraumur getur beitt krafti á seguláttavita. Getur segull einnig beitt krafti á rafstraum?
Segjum sem svo að rafstraumsvír sé staðsettur á milli norður- og suðurpóls seguls. Stefna segulsviðsins er gefin til kynna með ör frá norðurpólnum að suðurpólnum. Ef stefna rafstraumsins (I) er gefin til kynna með rauðri ör, þá birtist segulkraftur (F) sem stefna er táknuð með blári ör.
Stefna segulkraftsins F er hornrétt á stefnu rafstraumsins I og hornrétt á stefnu segulsviðsins B.
Hægt er að ákvarða stefnu rafstraumsins, stefnu segulsviðsins og stefnu segulkraftsins með hægri handarreglunni.
Sambandið milli segulkrafts, rafstraums og segulsviðs er táknað með eftirfarandi jöfnu.
F = BI l sin θ
F er tákn fyrir segulkraft, B er tákn fyrir segulsvið, I er tákn fyrir rafstraum og l er tákn fyrir lengd vírs sem er í segulsviði.
θ er hornið milli stefnu rafstraumsins og stefnu segulsviðsins. Ef rafstraumurinn er hornréttur á segulsviðið (90°) þá er gildi sin 90 = 1. Formúlan breytist í F = BI l, öfugt, ef rafstraumurinn er samsíða segulsviðinu (0°) þá er gildi sin 0 = 0 þannig að segulkrafturinn er 0.
Til að reikna segulsviðið er formúlunni hér að ofan breytt í: B = F / I l.
Alþjóðlega einingin fyrir segulkraft er Newton (skammstafað N), og alþjóðlega einingin fyrir segulsvið er Tesla (skammstafað T). Tesla er nefndur eftir serbnesk-ameríska uppfinningamanninum og eðlisfræðingnum Nikola Tesla (1856-1943). Samkvæmt segulsviðsformúlunni hér að ofan er einnig hægt að tákna segulsviðið í Newton á amperemeter (N/A m). Auk Tesla er segulsviðið einnig táknað í Gauss-einingum (G). Gauss kemur frá þýska stærðfræðingnum, stjörnufræðingnum og eðlisfræðingnum Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855). 1G = 10-4T
Segulkrafturinn á rafhleðslur sem hreyfast í segulsviði
Segulsvið getur beitt segulkrafti á straumberandi vír. Rafstraumar eru rafhleðslur á hreyfingu, þannig að segulsvið getur einnig beitt segulkrafti á frjálsar rafhleðslur, ekki bara á leiðandi víra.
Formúlan til að reikna út segulkraftinn á rafhleðslur sem hreyfast í segulsviði er fengin úr fyrri segulkraftsformúlunni F = BI l sin θ. Þar sem I = q/t og l = vt breytist segulkraftsformúlan í,
Lýsing á formúlunni: F = segulkraftur, B = segulsvið, q = rafhleðsla, v = hreyfingarhraði hleðslunnar, θ = hornið milli v og B
Ef v er hornrétt á B þá er θ = 90 ° , þar sem sin 90 ° = 1. Öfugt, ef v er samsíða B þá er θ = 0 ° , þar sem sin 0 ° = 0. Þannig er segulkrafturinn mestur þegar v er hornrétt á B og segulkrafturinn er núll þegar v er samsíða B.
Stefna segulkraftsins F er hornrétt á segulsviðið B og hornrétt á hraða rafhleðslunnar v.
