Članki o električnem toku, električnem naboju, magnetnem polju, magnetni sili
Leta 1819 je danski znanstvenik Hans Christian Oersted (1777–1851) odkril povezavo med magnetizmom in električnimi tokovi oziroma gibajočimi se naboji. Ugotovil je, da se igla kompasa odkloni, ko je blizu žice pod napetostjo. Ko ni toka, igla kompasa kaže 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 magnetno silo izvajati električni tok.
Poglejte sliko ob strani. Smer električnega toka in smer magnetnega polja lahko določimo z uporabo pravila desne roke. Če se električni tok (I) premika navzgor, je smer magnetnega polja (B) takšna, kot je prikazano na levi. Če je smer električnega toka navzdol, je smer magnetnega polja takšna, kot je prikazano na desni.
Magnetno polje deluje na žico, po kateri teče tok
Prej je bilo pojasnjeno, da lahko električni tok izvaja silo na iglo magnetnega kompasa. Ali lahko tudi magnet izvaja silo na električni tok?
Predpostavimo, da je med severnim in južnim polom magneta nameščena žica, po kateri teče električni tok. Smer magnetnega polja označuje puščica od severnega do južnega pola. Če je smer električnega toka (I) označena z rdečo puščico, se pojavi magnetna sila (F), katere smer je predstavljena z modro puščico.
Smer magnetne sile F je pravokotna na smer električnega toka I in pravokotna na smer magnetnega polja B.
Smer električnega toka, smer magnetnega polja in smer magnetne sile lahko določimo z uporabo pravila desne roke.
Razmerje med magnetno silo, električnim tokom in magnetnim poljem je izraženo z naslednjo enačbo.
F = BI l sin θ
F je simbol magnetne sile, B je simbol magnetnega polja, I je simbol električnega toka, l je simbol dolžine žice, ki je 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. Formula se spremeni v F = BI l, obratno pa je, če je električni tok vzporeden z magnetnim poljem (0°), vrednost sin 0 = 0, tako da je magnetna sila enaka 0.
Za izračun magnetnega polja se zgornja formula spremeni v: B = Ž / I l.
Mednarodna enota za magnetno silo je Newton (okrajšano N), mednarodna enota za magnetno polje pa Tesla (okrajšano T). Tesla je poimenovana po srbsko-ameriškem izumitelju in fiziku Nikoli Tesli (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). 1G = 10⁻⁴T
Magnetna sila na električne naboje, ki se gibljejo v magnetnem polju
Magnetno polje lahko izvaja magnetno silo na žico, po kateri teče tok. Električni tokovi so električni naboji v gibanju, zato lahko magnetno polje izvaja magnetno silo tudi na prosto gibajoče se električne naboje, ne le na prevodne žice.
Formula za izračun magnetne sile na električne naboje, ki se gibljejo v magnetnem polju, je izpeljana iz prejšnje formule za magnetno silo F = BI l sin θ. Ker 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 gibanja naboja, θ = kot med v in B
Če je v pravokotna na B, potem je θ = 90o, kjer je sin 90o = 1. Nasprotno, če je v vzporedna z B, potem je θ = 0o, kjer je sin 0o = 0. Torej je magnetna sila največja, ko je v pravokotna na B, magnetna sila pa nič, ko je v vzporedna z B.
Smer magnetne sile F je pravokotna na magnetno polje B in pravokotna na hitrost električnega naboja v.
