Materiale om elektrisk strøm, elektrisk ladning, magnetfelt, magnetisk kraft
I 1819 oppdaget en dansk vitenskapsmann ved navn Hans Christian Ørsted (1777–1851) forholdet mellom magnetisme og elektrisk strøm , eller bevegelige ladninger . Han fant ut at når en kompassnål var i nærheten av en ledning som førte en elektrisk strøm, bøyde den seg av. Når det ikke var noen elektrisk strøm, pekte kompassnålen nordover.
En kompassnål er en magnet, så magnetisk kraft kan bevege den . Hvor kommer den magnetiske kraften (F) fra? Nær kompassnålen er det en ledning som fører en elektrisk strøm, så den elektriske strømmen må produsere en magnetisk kraft.
Se på bildet til høyre. Bruk høyrehåndsregelen til å bestemme retningen på den elektriske strømmen og retningen på magnetfeltet. Hvis den elektriske strømmen (I) beveger seg oppover, vil retningen på magnetfeltet (B) være som vist på bildet til venstre. Omvendt, hvis den elektriske strømmen beveger seg nedover, vil retningen på magnetfeltet være som vist på bildet til høyre.
Et magnetfelt utøver en kraft på en strømførende ledning
En elektrisk strøm kan utøve en kraft på en magnetisk kompassnål. Kan en magnet også utøve en kraft på en elektrisk strøm?
Anta at det er en ledning som fører en elektrisk strøm mellom nordpolen og sørpolen til en magnet. Pilen fra nordpolen til sydpolen indikerer retningen på magnetfeltet. Den røde pilen indikerer retningen på den elektriske strømmen (I), og den blå pilen indikerer retningen på den magnetiske kraften (F).
Retningen til den magnetiske kraften F er vinkelrett på retningen til den elektriske strømmen I og vinkelrett på retningen til magnetfeltet B. Bruk høyrehåndsregelen til å finne retningen til den elektriske strømmen, retningen til magnetfeltet og retningen til den magnetiske kraften.
Følgende ligning angir forholdet mellom magnetisk kraft, elektrisk strøm og magnetfelt.
F = BI l sin θ
F er symbolet for magnetisk kraft, B er symbolet for magnetfelt, I er symbolet for elektrisk strøm, og l er symbolet for lengden på en ledning i et magnetfelt.
θ er vinkelen mellom retningen på den elektriske strømmen og retningen på magnetfeltet. Hvis den elektriske strømmen er vinkelrett på magnetfeltet (90 ° ), er verdien av sin 90 = 1, slik at formelen endres til F = BI1. Omvendt, hvis den elektriske strømmen er parallell med magnetfeltet (0 ° ), er verdien av sin 0 = 0, slik at den magnetiske kraften er 0.
For å beregne magnetfeltet endres formelen ovenfor til: B = F / I l.
Den internasjonale enheten for magnetisk kraft er Newton (forkortet N), og den internasjonale enheten for magnetfelt er Tesla (forkortet T). Tesla kommer fra navnet til den serbisk-amerikanske oppfinneren og fysikeren Nikola Tesla (1856–1943). Basert på formelen for magnetfelt ovenfor kan magnetfeltet også uttrykkes i enheter Newton per amperemeter (N/A m). Foruten Tesla uttrykkes magnetfeltet også i enhetene Gauss (G). Gauss kommer fra navnet til den tyske matematikeren, astronomen og fysikeren Johann Carl Friedrich Gauss (1777–1855). 1 G = 10⁻⁴ T.
Magnetisk kraft på en elektrisk ladning som beveger seg i et magnetfelt
Et magnetfelt kan utøve en magnetisk kraft på en strømførende ledning. Elektrisk strøm er en bevegelig elektrisk ladning, så et magnetfelt kan også utøve en magnetisk kraft på fritt bevegelige elektriske ladninger, ikke bare på en ledende ledning.
Formelen for å beregne den magnetiske kraften på en elektrisk ladning som beveger seg i et magnetfelt er avledet fra den forrige formelen for magnetisk kraft F = BI l sin θ . Siden I = q/t og l = vt, endres formelen for magnetisk kraft til
Formelbeskrivelse: F = magnetisk kraft, B = magnetfelt, q = elektrisk ladning, v = lastens bevegelseshastighet, θ = vinkel mellom v dan B
Hvis v vinkelrett på B maka θ = 90o , hvor sin 90o = 1. På den annen side, hvis v parallelt med B maka θ = 0o, hvor sin 0o = 0. Så den magnetiske kraften har en maksimal verdi når v vinkelrett på B og den magnetiske kraften er null når v parallelt med B.
Retningen til den magnetiske kraften F er vinkelrett på magnetfeltet B og vinkelrett på hastigheten til den elektriske ladningen v.
