Artikelen over elektrische stroom, elektrische lading, magnetisch veld en magnetische kracht
In 1819 ontdekte de Deense wetenschapper Hans Christian Oersted (1777-1851) het verband tussen magnetisme en elektrische stromen of bewegende ladingen. Hij ontdekte dat een kompasnaald afbuigt wanneer deze zich in de buurt van een stroomvoerende draad bevindt. Wanneer er geen stroom is, wijst de kompasnaald naar het noorden.
Een kompasnaald is een magneet, dus hij kan door een magnetische kracht worden bewogen. Waar komt die magnetische kracht (F) vandaan? Vlakbij de kompasnaald loopt een draad met een elektrische stroom, dus de magnetische kracht moet door die stroom worden uitgeoefend.
Kijk naar de afbeelding hiernaast. De richting van de elektrische stroom en de richting van het magnetische veld kunnen worden bepaald met behulp van de rechterhandregel. Als de elektrische stroom (I) omhoog beweegt, is de richting van het magnetische veld (B) zoals links weergegeven. Als de elektrische stroom omlaag beweegt, is de richting van het magnetische veld zoals rechts weergegeven.
Het magnetische veld oefent een kracht uit op de stroomvoerende draad.
Eerder werd uitgelegd dat een elektrische stroom een kracht kan uitoefenen op een magnetische kompasnaald. Kan een magneet ook een kracht uitoefenen op een elektrische stroom?
Stel dat er een draad met een elektrische stroom tussen de noord- en zuidpool van een magneet is geplaatst. De richting van het magnetische veld wordt aangegeven door een pijl van de noordpool naar de zuidpool. Als de richting van de elektrische stroom (I) wordt aangegeven door een rode pijl, dan ontstaat er een magnetische kracht (F) waarvan de richting wordt weergegeven door een blauwe pijl.
De richting van de magnetische kracht F is loodrecht op de richting van de elektrische stroom I en loodrecht op de richting van het magnetische veld B.
De richting van de elektrische stroom, de richting van het magnetische veld en de richting van de magnetische kracht kunnen worden bepaald met behulp van de rechterhandregel.
De relatie tussen magnetische kracht, elektrische stroom en magnetisch veld wordt uitgedrukt door de volgende vergelijking.
F = BI l sin θ
F staat voor magnetische kracht, B staat voor een magnetisch veld, I staat voor een elektrische stroom en l staat voor de lengte van een draad die zich in een magnetisch veld bevindt.
θ is de hoek tussen de richting van de elektrische stroom en de richting van het magnetische veld. Als de elektrische stroom loodrecht op het magnetische veld staat (90°), dan is de waarde van sin 90 = 1. De formule verandert dan in F = BI l. Omgekeerd, als de elektrische stroom parallel aan het magnetische veld staat (0°), dan is de waarde van sin 0 = 0, zodat de magnetische kracht nul is.
Om het magnetische veld te berekenen, wordt de bovenstaande formule gewijzigd in: B = F / I l.
De internationale eenheid voor magnetische kracht is de Newton (afgekort N), de internationale eenheid voor magnetisch veld is de Tesla (afgekort T). Tesla is vernoemd naar de Servisch-Amerikaanse uitvinder en natuurkundige Nikola Tesla (1856-1943). Op basis van de bovenstaande formule voor het magnetisch veld kan het magnetisch veld ook worden uitgedrukt in Newton per Ampèremeter (N/A m). Naast Tesla wordt het magnetisch veld ook uitgedrukt in Gauss (G). Gauss is afgeleid van de naam van de Duitse wiskundige, astronoom en natuurkundige Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855). 1 G = 10⁻⁴ T
De magnetische kracht op elektrische ladingen die zich in een magnetisch veld bewegen.
Een magnetisch veld kan een magnetische kracht uitoefenen op een stroomvoerende draad. Elektrische stromen zijn elektrische ladingen in beweging, dus een magnetisch veld kan ook een magnetische kracht uitoefenen op vrij bewegende elektrische ladingen, niet alleen op geleidende draden.
De formule voor het berekenen van de magnetische kracht op elektrische ladingen die bewegen in een magnetisch veld is afgeleid van de eerdere formule voor de magnetische kracht F = BI l sin θ. Omdat I = q/t en l = vt, verandert de formule voor de magnetische kracht in:
Beschrijving van de formule: F = magnetische kracht, B = magnetisch veld, q = elektrische lading, v = snelheid van de lading, θ = hoek tussen v en B
Als v loodrecht op B staat, dan is θ = 90 ° , waarbij sin 90 ° = 1. Omgekeerd, als v parallel aan B staat, dan is θ = 0 ° , waarbij sin 0 ° = 0. De magnetische kracht is dus maximaal wanneer v loodrecht op B staat en nul wanneer v parallel aan B staat.
De richting van de magnetische kracht F is loodrecht op het magnetische veld B en loodrecht op de snelheid van de elektrische lading v.
