Gradivo o električnem toku, električnem naboju, magnetnem polju, magnetni sili
Leta 1819 je danski znanstvenik Hans Christian Oersted (1777–1851) odkril povezavo med magnetizmom in električnim tokom oziroma premikajočimi se naboji . Ugotovil je, da se igla kompasa odkloni, ko je bila blizu žice, po kateri je tekel električni tok. Ko električnega toka ni bilo, je igla kompasa kazala proti severu.
Kompasna igla je magnet, zato jo lahko premika magnetna sila . Od kod prihaja magnetna sila (F)? V bližini kompasne igle je žica, po kateri teče električni tok, zato mora električni tok ustvarjati magnetno silo.
Poglejte sliko na desni. Z uporabo pravila desne roke določite smer električnega toka in smer magnetnega polja. Če se električni tok (I) premika navzgor, bo smer magnetnega polja (B) takšna, kot je prikazano na sliki na levi. Nasprotno, če se električni tok premika navzdol, bo smer magnetnega polja takšna, kot je prikazano na sliki na desni.
Magnetno polje deluje na žico, po kateri teče tok, s silo
Električni tok lahko izvaja silo na iglo magnetnega kompasa. Ali lahko tudi magnet izvaja silo na električni tok?
Predpostavimo, da med severnim in južnim polom magneta teče električni tok. Puščica od severnega proti južnemu polu označuje smer magnetnega polja. Rdeča puščica označuje smer električnega toka (I), modra puščica pa smer magnetne sile (F).
Smer magnetne sile F je pravokotna na smer električnega toka I in pravokotna na smer magnetnega polja B. S pravilom desne roke poiščite smer električnega toka, smer magnetnega polja in smer magnetne sile.
Naslednja enačba prikazuje razmerje med magnetno silo, električnim tokom in magnetnim poljem.
F = BI l sin θ
F je simbol za magnetno silo, B je simbol za magnetno polje, I je simbol za električni tok, l pa je simbol za dolžino žice v magnetnem polju.
θ je kot med smerjo električnega toka in smerjo magnetnega polja. Če je električni tok pravokoten na magnetno polje (90 ° ), je vrednost sin 90 = 1, tako da se formula spremeni v F = BI l , in obratno, če je električni tok vzporeden z magnetnim poljem (0 ° ), je vrednost sin 0 = 0, tako da je magnetna sila enaka 0.
Za izračun magnetnega polja se zgornja formula spremeni v: B = F / I l.
Mednarodna enota za magnetno silo je Newton (okrajšano N), mednarodna enota za magnetno polje pa Tesla (okrajšano T). Tesla izhaja iz imena srbsko-ameriškega izumitelja in fizika Nikole Tesle (1856–1943). Na podlagi zgornje formule za magnetno polje lahko magnetno polje izrazimo tudi v enotah Newton na ampermeter (N/A m). Poleg Tesle se magnetno polje izraža tudi v enotah Gauss (G). Gauss izhaja iz imena nemškega matematika, astronoma in fizika Johanna Carla Friedricha Gaussa (1777–1855). 1 G = 10⁻⁴ T.
Magnetna sila na električni naboj, ki se giblje v magnetnem polju
Magnetno polje lahko izvaja magnetno silo na žico, po kateri teče tok. Električni tok je gibljiv električni naboj, zato lahko magnetno polje izvaja magnetno silo tudi na prosto gibljive električne naboje, ne le na prevodno žico.
Formula za izračun magnetne sile na električni naboj, ki se giblje v magnetnem polju, je izpeljana iz prejšnje formule za magnetno silo F = BI l sin θ . Ker je I = q/t in l = vt, se formula za magnetno silo spremeni v
Opis formule: F = magnetna sila, B = magnetno polje, q = električni naboj, v = hitrost premikanja bremena, θ = kot med v dan B
Če v pravokotno na B moka θ = 90o , kjer je sin 90o = 1. Po drugi strani pa, če v vzporedno z B moka θ = 0o, kjer je sin 0o = 0. Torej ima magnetna sila največjo vrednost, ko v pravokotno na B in magnetna sila je nič, ko v vzporedno z B.
Smer magnetne sile F je pravokotna na magnetno polje B in pravokotna na hitrost električnega naboja v.
