Статьи об электрическом токе, электрическом заряде, магнитном поле, магнитной силе.
В 1819 году датский учёный Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) открыл взаимосвязь между магнетизмом и электрическими токами или движущимися зарядами. Он обнаружил, что когда стрелка компаса находится рядом с проводом под напряжением, она отклоняется. Когда тока нет, стрелка компаса указывает на север.
Стрелка компаса — это магнит, поэтому её можно перемещать под действием магнитной силы. Откуда берётся магнитная сила (F)? Рядом со стрелкой компаса находится провод, по которому протекает электрический ток, поэтому магнитная сила должна быть обусловлена этим электрическим током.
Посмотрите на рисунок сбоку. Направление электрического тока и направление магнитного поля можно определить с помощью правила правой руки. Если электрический ток (I) направлен вверх, то направление магнитного поля (B) будет таким, как показано слева. Если электрический ток направлен вниз, то направление магнитного поля будет таким, как показано справа.
Магнитное поле оказывает силу на проводник, по которому течет ток.
Ранее было объяснено, что электрический ток может оказывать силу на стрелку магнитного компаса. Может ли магнит также оказывать силу на электрический ток?
Предположим, что между северным и южным полюсами магнита находится провод, по которому протекает электрический ток. Направление магнитного поля обозначено стрелкой от северного полюса к южному. Если направление электрического тока (I) обозначено красной стрелкой, то возникает магнитная сила (F), направление которой обозначено синей стрелкой.
Направление магнитной силы F перпендикулярно направлению электрического тока I и перпендикулярно направлению магнитного поля B.
Направление электрического тока, направление магнитного поля и направление магнитной силы можно определить с помощью правила правой руки.
Взаимосвязь между магнитной силой, электрическим током и магнитным полем выражается следующим уравнением.
F = BI l sin θ
F — символ магнитной силы, B — символ магнитного поля, I — символ электрического тока, l — символ длины провода, находящегося в магнитном поле.
θ — угол между направлением электрического тока и направлением магнитного поля. Если электрический ток перпендикулярен магнитному полю (90°), то значение sin 90° равно 1. Формула изменяется на F = BI l; наоборот, если электрический ток параллелен магнитному полю (0°), то значение sin 0° равно 0, так что магнитная сила равна 0.
Для расчета магнитного поля приведенная выше формула изменяется следующим образом: B = F / I l.
Международная единица измерения магнитной силы — Ньютон (сокращенно Н), международная единица измерения магнитного поля — Тесла (сокращенно Т). Тесла названа в честь сербско-американского изобретателя и физика Николы Теслы (1856–1943). На основе приведенной выше формулы магнитного поля его также можно выразить в единицах Ньютонов на ампер-метр (Н/А·м). Помимо Теслы, магнитное поле также выражается в единицах Гаусса (Г). Гаусс происходит от имени немецкого математика, астронома и физика Иоганна Карла Фридриха Гаусса (1777–1855). 1 Гс = 10⁻⁴ Тл
Магнитная сила, действующая на электрические заряды, движущиеся в магнитном поле.
Магнитное поле может оказывать магнитную силу на проводник, по которому течет ток. Электрические токи — это движущиеся электрические заряды, поэтому магнитное поле может оказывать магнитную силу не только на проводящие провода, но и на свободно движущиеся электрические заряды.
Формула для расчета магнитной силы, действующей на электрические заряды, движущиеся в магнитном поле, выводится из предыдущей формулы магнитной силы F = BI l sin θ. Поскольку I = q/t и l = vt, формула магнитной силы изменяется следующим образом:
Описание формулы: F = магнитная сила, B = магнитное поле, q = электрический заряд, v = скорость движения заряда, θ = угол между v и B.
Если вектор v перпендикулярен вектору B, то θ = 90°.oгде sin 90o = 1. И наоборот, если v параллельно B, то θ = 0.oгде sin 0o = 0. Следовательно, магнитная сила максимальна, когда v перпендикулярно B, и равна нулю, когда v параллельно B.
Направление магнитной силы F перпендикулярно магнитному полю B и перпендикулярно скорости электрического заряда v.
