სტატიები ელექტრული დენის შესახებ ელექტრული მუხტის მაგნიტური ველის მაგნიტური ძალა
1819 წელს დანიელმა მეცნიერმა ჰანს კრისტიან ორსტედმა (1777-1851) აღმოაჩინა კავშირი მაგნეტიზმსა და ელექტრულ დენს ანუ მოძრავ მუხტებს შორის. მან აღმოაჩინა, რომ როდესაც კომპასის ისარი ძაბვაში მყოფ მავთულთან ახლოსაა, კომპასის ისარი გადახრილია. როდესაც დენი არ არის, კომპასის ისარი ჩრდილოეთისკენ მიუთითებს.
კომპასის ისარი მაგნიტია, ამიტომ მაგნიტური ძალა მას ამოძრავებს. საიდან მოდის მაგნიტური ძალა (F)? კომპასის ისრის მახლობლად არის ელექტრული დენით გამავალი მავთული, ამიტომ მაგნიტური ძალა ელექტრული დენით უნდა იქნას გამოყენებული.
შეხედეთ გვერდით სურათს. ელექტრული დენის და მაგნიტური ველის მიმართულების პოვნა შესაძლებელია მარჯვენა ხელის წესის გამოყენებით. თუ ელექტრული დენი (I) ზემოთ მოძრაობს, მაგნიტური ველის მიმართულება (B) მარცხენა მხარეს ნაჩვენების ტოლია. თუ ელექტრული დენის მიმართულება ქვევითაა, მაგნიტური ველის მიმართულება მარჯვენა მხარეს ნაჩვენების ტოლია.
მაგნიტური ველი ძალას ახდენს დენის გამტარ მავთულზე
ადრე ახსნილი იყო, რომ ელექტრულ დენს შეუძლია ძალის გამოყენება მაგნიტური კომპასის ისარზე. შეუძლია თუ არა მაგნიტსაც ძალის გამოყენება ელექტრულ დენზე?
დავუშვათ, მაგნიტის ჩრდილოეთ და სამხრეთ პოლუსებს შორის მოთავსებულია ელექტრული დენის გამტარი მავთული. მაგნიტური ველის მიმართულება ჩრდილოეთ პოლუსიდან სამხრეთ პოლუსამდე ისრით არის მითითებული. თუ ელექტრული დენის მიმართულება (I) წითელი ისრით არის მითითებული, მაშინ ჩნდება მაგნიტური ძალა (F), რომლის მიმართულებაც ლურჯი ისრით არის წარმოდგენილი.
მაგნიტური ძალის F მიმართულება პერპენდიკულარულია ელექტრული დენის მიმართულებისა I და პერპენდიკულარულია მაგნიტური ველის მიმართულებისა B.
ელექტრული დენის მიმართულება, მაგნიტური ველის მიმართულება და მაგნიტური ძალის მიმართულება შეიძლება განისაზღვროს მარჯვენა ხელის წესის გამოყენებით.
მაგნიტურ ძალას, ელექტრულ დენსა და მაგნიტურ ველს შორის დამოკიდებულება გამოიხატება შემდეგი განტოლებით.
F = BI l sin θ
F მაგნიტური ძალის სიმბოლოა, B მაგნიტური ველის სიმბოლოა, I ელექტრული დენის სიმბოლოა, l მაგნიტურ ველში მყოფი მავთულის სიგრძის სიმბოლოა.
θ არის კუთხე ელექტრული დენის მიმართულებასა და მაგნიტური ველის მიმართულებას შორის. თუ ელექტრული დენი პერპენდიკულარულია მაგნიტური ველის მიმართ (90o), მაშინ sin 90-ის მნიშვნელობა იქნება 1. ფორმულა იცვლება F = BI l-ით, პირიქით, თუ ელექტრული დენი პარალელურია მაგნიტური ველის მიმართ (0o), მაშინ sin 0-ის მნიშვნელობა იქნება 0, ამიტომ მაგნიტური ძალა 0-ის ტოლია.
მაგნიტური ველის გამოსათვლელად, ზემოთ მოცემული ფორმულა იცვლება შემდეგნაირად: B = F / I l.
მაგნიტური ძალის საერთაშორისო ერთეულია ნიუტონი (შემოკლებით N), მაგნიტური ველის საერთაშორისო ერთეულია ტესლა (შემოკლებით T). ტესლას სახელი ეწოდა სერბი-ამერიკელი გამომგონებლისა და ფიზიკოსის, ნიკოლა ტესლას (1856-1943) პატივსაცემად. ზემოთ მოცემული მაგნიტური ველის ფორმულის საფუძველზე, მაგნიტური ველი ასევე შეიძლება გამოისახოს ნიუტონების ერთეულებში ამპერ-მეტრზე (N/A m). ტესლას გარდა, მაგნიტური ველი ასევე გამოისახება გაუსის (G) ერთეულებში. გაუსი მომდინარეობს გერმანელი მათემატიკოსის, ასტრონომისა და ფიზიკოსის, იოჰან კარლ ფრიდრიხ გაუსის (1777-1855) სახელიდან. 1G = 10-4T
მაგნიტური ძალა ელექტრულ მუხტებზე, რომლებიც მაგნიტურ ველში მოძრაობენ
მაგნიტურ ველს შეუძლია მაგნიტური ძალის გამოყენება დენის გამტარ სადენზე. ელექტრული დენი მოძრავი ელექტრული მუხტებია, ამიტომ მაგნიტურ ველს შეუძლია მაგნიტური ძალის გამოყენება თავისუფლად მოძრავ ელექტრულ მუხტებზეც და არა მხოლოდ გამტარ სადენებზე.
მაგნიტურ ველში მოძრავ ელექტრულ მუხტებზე მაგნიტური ძალის გამოთვლის ფორმულა მიღებულია წინა მაგნიტური ძალის ფორმულიდან F = BI l sin θ. რადგან I = q/t და l = vt, მაგნიტური ძალის ფორმულა იცვლება შემდეგნაირად:
ფორმულის აღწერა: F = მაგნიტური ძალა, B = მაგნიტური ველი, q = ელექტრული მუხტი, v = მუხტის მოძრაობის სიჩქარე, θ = კუთხე v-სა და B-ს შორის
თუ v B-ს პერპენდიკულარულია, მაშინ θ = 90 o , სადაც sin 90 o = 1. პირიქით, თუ v B-ს პარალელურია, მაშინ θ = 0 o , სადაც sin 0 o = 0. ამგვარად, მაგნიტური ძალა მაქსიმალურია, როდესაც v B-ს პერპენდიკულარულია და მაგნიტური ძალა ნულის ტოლია, როდესაც v B-ს პარალელურია.
მაგნიტური ძალის F მიმართულება პერპენდიკულარულია მაგნიტური ველის B და პერპენდიკულარულია ელექტრული მუხტის სიჩქარის v.
