Materiāls par elektrisko strāvu, elektrisko lādiņu, magnētisko lauku, magnētisko spēku
1819. gadā dāņu zinātnieks Hanss Kristians Ērsteds (1777–1851) atklāja saistību starp magnētismu un elektrisko strāvu jeb kustīgiem lādiņiem . Viņš atklāja, ka kompasa adata novirzās, kad tā atrodas vada, pa kuru plūst elektriskā strāva, un tās virziens mainās. Kad elektriskās strāvas nebija, kompasa adata rādīja uz ziemeļiem.
Kompasa adata ir magnēts, tāpēc magnētiskais spēks to var kustināt . No kurienes rodas magnētiskais spēks (F)? Blakus kompasa adatai ir vads, pa kuru plūst elektriskā strāva, tāpēc elektriskajai strāvai ir jārada magnētiskais spēks.
Apskatiet attēlu labajā pusē. Izmantojiet labās rokas likumu, lai noteiktu elektriskās strāvas virzienu un magnētiskā lauka virzienu. Ja elektriskā strāva (I) virzās uz augšu, magnētiskā lauka (B) virziens būs tāds, kā parādīts attēlā kreisajā pusē. Un otrādi, ja elektriskā strāva virzās uz leju, magnētiskā lauka virziens būs tāds, kā parādīts attēlā labajā pusē.
Magnētiskais lauks iedarbojas uz strāvu nesošu vadu ar noteiktu spēku
Elektriskā strāva var iedarboties uz magnētiskā kompasa adatu. Vai magnēts arī var iedarboties uz elektrisko strāvu?
Pieņemsim, ka starp magnēta ziemeļu un dienvidu poliem plūst elektriskā strāva pa vadu. Bultiņa no ziemeļpola uz dienvidpolu norāda magnētiskā lauka virzienu. Sarkanā bultiņa norāda elektriskās strāvas virzienu (I), bet zilā bultiņa norāda magnētiskā spēka virzienu (F).
Magnētiskā spēka F virziens ir perpendikulārs elektriskās strāvas I virzienam un perpendikulārs magnētiskā lauka B virzienam. Izmantojiet labās rokas likumu, lai atrastu elektriskās strāvas virzienu, magnētiskā lauka virzienu un magnētiskā spēka virzienu.
Šis vienādojums parāda magnētiskā spēka, elektriskās strāvas un magnētiskā lauka savstarpējo saistību.
F = BI l sin θ
F ir magnētiskā spēka simbols, B ir magnētiskā lauka simbols, I ir elektriskās strāvas simbols, l ir vada garuma simbols magnētiskajā laukā.
θ ir leņķis starp elektriskās strāvas virzienu un magnētiskā lauka virzienu. Ja elektriskā strāva ir perpendikulāra magnētiskajam laukam (90 ° ), tad sin 90 vērtība ir 1, tāpēc formula mainās uz F = BI l , un otrādi, ja elektriskā strāva ir paralēla magnētiskajam laukam (0 ° ), tad sin 0 vērtība ir 0, tāpēc magnētiskais spēks ir 0.
Lai aprēķinātu magnētisko lauku, iepriekš minētā formula mainās uz: B = F / I l.
Starptautiskā magnētiskā spēka mērvienība ir Ņūtons (saīsināti N), starptautiskā magnētiskā lauka mērvienība ir Tesla (saīsināti T). Nosaukums “Tesla” ir cēlies no serbu-amerikāņu izgudrotāja un fiziķa Nikolas Teslas (1856–1943) vārda. Pamatojoties uz iepriekš minēto magnētiskā lauka formulu, magnētisko lauku var izteikt arī Ņūtonos uz ampērmetru (N/A m). Papildus Teslai magnētisko lauku izsaka arī Gausa mērvienībās (G). Nosaukums “Gauss” ir cēlies no vācu matemātiķa, astronoma un fiziķa Johana Kārļa Frīdriha Gausa (1777–1855) vārda. 1 G = 10⁻⁴ T.
Magnētiskais spēks, kas iedarbojas uz elektrisko lādiņu, kas pārvietojas magnētiskajā laukā
Magnētiskais lauks var iedarboties uz strāvu vadošu vadu ar magnētisku spēku. Elektriskā strāva ir kustīgs elektriskais lādiņš, tāpēc magnētiskais lauks var iedarboties arī uz brīvi kustīgiem elektriskajiem lādiņiem, ne tikai uz vadošu vadu.
Formula magnētiskā spēka aprēķināšanai uz elektrisko lādiņu, kas pārvietojas magnētiskajā laukā, ir atvasināta no iepriekšējās magnētiskā spēka formulas F = BI l sin θ . Tā kā I = q/t un l = vt, magnētiskā spēka formula mainās uz
Formulas apraksts: F = magnētiskais spēks, B = magnētiskais lauks, q = elektriskais lādiņš, v = kravas kustības ātrums, θ = leņķis starp v boja B
Džika v perpendikulāri B milti θ = 90o , kur sin 90o = 1. No otras puses, ja v paralēli B milti θ = 0o, kur sin 0o = 0. Tātad magnētiskajam spēkam ir maksimālā vērtība, kad v perpendikulāri B un magnētiskais spēks ir nulle, kad v paralēli B.
Magnētiskā spēka F virziens ir perpendikulārs magnētiskajam laukam B un perpendikulārs elektriskā lādiņa ātrumam v.
