Artiklar om elektrisk ström elektrisk laddning magnetfält magnetisk kraft
År 1819 upptäckte en dansk vetenskapsman vid namn Hans Christian Ørsted (1777-1851) sambandet mellan magnetism och elektriska strömmar eller rörliga laddningar. Han fann att när en kompassnål är nära en spänningsförande ledning, avböjs kompassnålen. När det inte finns någon ström pekar kompassnålen norrut.
En kompassnål är en magnet, så den kan röra sig av en magnetisk kraft. Varifrån kommer den magnetiska kraften (F)? Nära kompassnålen finns en tråd som leder en elektrisk ström, så den magnetiska kraften måste utövas av den elektriska strömmen.
Titta på bilden på sidan. Den elektriska strömmens riktning och magnetfältets riktning kan hittas med hjälp av högerregeln. Om den elektriska strömmen (I) rör sig uppåt är magnetfältets riktning (B) som visas till vänster. Om den elektriska strömmens riktning är nedåt är magnetfältets riktning som visas till höger.
Magnetfältet utövar en kraft på den strömförande ledningen
Tidigare förklarades det att en elektrisk ström kan utöva en kraft på en magnetisk kompassnål. Kan en magnet också utöva en kraft på en elektrisk ström?
Anta att det finns en strömförande tråd placerad mellan nord- och sydpolen på en magnet. Magnetfältets riktning indikeras av en pil från nordpolen till sydpolen. Om den elektriska strömmens riktning (I) indikeras av en röd pil, uppstår en magnetisk kraft (F) vars riktning representeras av en blå pil.
Riktningen för den magnetiska kraften F är vinkelrät mot riktningen för den elektriska strömmen I och vinkelrät mot riktningen för magnetfältet B.
Den elektriska strömmens riktning, magnetfältets riktning och den magnetiska kraftens riktning kan bestämmas med hjälp av högerregeln.
Sambandet mellan magnetisk kraft, elektrisk ström och magnetfält uttrycks av följande ekvation.
F = BI l sin θ
F är en symbol för magnetisk kraft, B är en symbol för ett magnetfält, I är en symbol för en elektrisk ström, l är en symbol för längden på en tråd som befinner sig i ett magnetfält.
θ är vinkeln mellan den elektriska strömmens riktning och magnetfältets riktning. Om den elektriska strömmen är vinkelrät mot magnetfältet (90°) är värdet på sin 90 = 1. Formeln ändras till F = BI l, omvänt, om den elektriska strömmen är parallell med magnetfältet (0°) är värdet på sin 0 = 0 så att den magnetiska kraften är 0.
För att beräkna magnetfältet ändras formeln ovan till: B = F / I l.
Den internationella enheten för magnetisk kraft är Newton (förkortat N), den internationella enheten för magnetfält är Tesla (förkortat T). Tesla är uppkallad efter den serbisk-amerikanske uppfinnaren och fysikern Nikola Tesla (1856-1943). Baserat på magnetfältsformeln ovan kan magnetfältet också uttryckas i enheterna Newton per amperemeter (N/A m). Förutom Tesla uttrycks magnetfältet även i enheterna Gauss (G). Gauss kommer från namnet på den tyske matematikern, astronomen och fysikern Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855). 1G = 10⁻⁴T
Den magnetiska kraften på elektriska laddningar som rör sig i ett magnetfält
Ett magnetfält kan utöva en magnetisk kraft på en strömförande tråd. Elektriska strömmar är elektriska laddningar i rörelse, så ett magnetfält kan också utöva en magnetisk kraft på fritt rörliga elektriska laddningar, inte bara på ledande trådar.
Formeln för att beräkna den magnetiska kraften på elektriska laddningar som rör sig i ett magnetfält är härledd från den tidigare formeln för magnetisk kraft F = BI l sin θ. Eftersom I = q/t och l = vt ändras formeln för magnetisk kraft till,
Beskrivning av formeln: F = magnetisk kraft, B = magnetfält, q = elektrisk laddning, v = laddningens rörelsehastighet, θ = vinkeln mellan v och B
Om v är vinkelrät mot B så är θ = 90 ° , där sin 90 ° = 1. Omvänt, om v är parallell med B så är θ = 0 ° , där sin 0 ° = 0. Så, den magnetiska kraften är maximal när v är vinkelrät mot B och den magnetiska kraften är noll när v är parallell med B.
Riktningen för den magnetiska kraften F är vinkelrät mot magnetfältet B och vinkelrät mot den elektriska laddningens hastighet v.
