Články o elektrickom prúde, elektrickom náboji, magnetickom poli, magnetickej sile
V roku 1819 dánsky vedec Hans Christian Oersted (1777-1851) objavil vzťah medzi magnetizmom a elektrickými prúdmi alebo pohybujúcimi sa nábojmi. Zistil, že keď sa ihla kompasu nachádza v blízkosti vodiča pod napätím, ihla kompasu sa vychýli. Keď nie je prúd, ihla kompasu ukazuje na sever.
Ihla kompasu je magnet, takže sa môže pohybovať magnetickou silou. Odkiaľ pochádza magnetická sila (F)? V blízkosti ihly kompasu sa nachádza vodič, ktorým preteká elektrický prúd, takže magnetická sila musí byť vyvíjaná elektrickým prúdom.
Pozrite sa na obrázok na boku. Smer elektrického prúdu a smer magnetického poľa možno nájsť pomocou pravidla pravej ruky. Ak sa elektrický prúd (I) pohybuje nahor, smer magnetického poľa (B) je taký, ako je znázornené vľavo. Ak je smer elektrického prúdu nadol, smer magnetického poľa je taký, ako je znázornené vpravo.
Magnetické pole pôsobí silou na vodič, ktorým vedie prúd
Predtým bolo vysvetlené, že elektrický prúd môže pôsobiť silou na magnetickú strelku kompasu. Môže aj magnet pôsobiť silou na elektrický prúd?
Predpokladajme, že medzi severným a južným pólom magnetu je umiestnený vodič, ktorým preteká elektrický prúd. Smer magnetického poľa je znázornený šípkou od severného pólu k južnému pólu. Ak je smer elektrického prúdu (I) znázornený červenou šípkou, potom sa objaví magnetická sila (F), ktorej smer je znázornený modrou šípkou.
Smer magnetickej sily F je kolmý na smer elektrického prúdu I a kolmý na smer magnetického poľa B.
Smer elektrického prúdu, smer magnetického poľa a smer magnetickej sily možno určiť pomocou pravidla pravej ruky.
Vzťah medzi magnetickou silou, elektrickým prúdom a magnetickým poľom je vyjadrený nasledujúcou rovnicou.
F = BI l sin θ
F je symbol magnetickej sily, B je symbol magnetického poľa, I je symbol elektrického prúdu, l je symbol dĺžky vodiča, ktorý sa nachádza v magnetickom poli.
θ je uhol medzi smerom elektrického prúdu a smerom magnetického poľa. Ak je elektrický prúd kolmý na magnetické pole (90°), potom je hodnota sin 90 = 1. Vzorec sa zmení na F = BI l, naopak, ak je elektrický prúd rovnobežný s magnetickým poľom (0°), potom je hodnota sin 0 = 0, takže magnetická sila je 0.
Na výpočet magnetického poľa sa vyššie uvedený vzorec zmení na: B = F / I l.
Medzinárodná jednotka magnetickej sily je Newton (skrátene N), medzinárodná jednotka magnetického poľa je Tesla (skrátene T). Tesla je pomenovaná po srbsko-americkom vynálezcovi a fyzikovi Nikolovi Teslovi (1856-1943). Na základe vyššie uvedeného vzorca pre magnetické pole možno magnetické pole vyjadriť aj v jednotkách Newtonov na ampérmeter (N/A m). Okrem Tesly sa magnetické pole vyjadruje aj v jednotkách Gauss (G). Gauss pochádza z mena nemeckého matematika, astronóma a fyzika Johanna Carla Friedricha Gaussa (1777-1855). 1G = 10-4T
Magnetická sila pôsobiaca na elektrické náboje pohybujúce sa v magnetickom poli
Magnetické pole môže pôsobiť magnetickou silou na vodič, ktorým preteká prúd. Elektrické prúdy sú elektrické náboje v pohybe, takže magnetické pole môže pôsobiť magnetickou silou aj na voľne sa pohybujúce elektrické náboje, nielen na vodivé vodiče.
Vzorec na výpočet magnetickej sily na elektrické náboje pohybujúce sa v magnetickom poli je odvodený z predchádzajúceho vzorca pre magnetickú silu F = BI l sin θ. Pretože I = q/t a l = vt, vzorec pre magnetickú silu sa zmení na
Popis vzorca: F = magnetická sila, B = magnetické pole, q = elektrický náboj, v = rýchlosť pohybu náboja, θ = uhol medzi v a B
Ak je v kolmá na B, potom θ = 90o, kde sin 90o = 1. Naopak, ak je v rovnobežná s B, potom θ = 0o, kde sin 0o = 0. Magnetická sila je teda maximálna, keď je v kolmá na B a magnetická sila je nulová, keď je v rovnobežná s B.
Smer magnetickej sily F je kolmý na magnetické pole B a kolmý na rýchlosť elektrického náboja v.
