science >> Wetenschap >  >> Fysica

Magnetic Force: Definition, Equation & Units (w /Voorbeelden)

Een verrassende ontdekking in de vroege fysica was dat elektriciteit en magnetisme twee kanten zijn van hetzelfde fenomeen: elektromagnetisme. Magnetische velden worden namelijk gegenereerd door elektrische ladingen of veranderingen in het elektrische veld te verplaatsen. Als zodanig werken magnetische krachten niet alleen op iets dat gemagnetiseerd is, maar ook op bewegende ladingen.
Definitie van magnetische kracht

De magnetische kracht is de kracht op een object als gevolg van interacties met een magnetisch veld.

De SI-eenheid voor magnetische kracht is de newton (N) en de SI-eenheid voor magnetisch veld is de tesla (T).

Iedereen die twee permanente magneten bij elkaar heeft gehouden, heeft gemerkt dat aanwezigheid van een magnetische kracht. Als twee magnetische zuidpolen of twee magnetische noordpolen dichtbij elkaar worden gebracht, is de magnetische kracht afstotend en zullen de magneten in tegengestelde richting tegen elkaar drukken. Als tegenovergestelde polen in de buurt worden gebracht, is het aantrekkelijk.

Maar de fundamentele oorsprong van het magnetische veld is bewegende lading. Op microscopisch niveau gebeurt dit door bewegingen van elektronen in de atomen van gemagnetiseerde materialen. We kunnen de oorsprong van magnetische krachten dan ook explicieter begrijpen door te begrijpen hoe een magnetisch veld een bewegende lading beïnvloedt.
Magnetic Force Equation

De Lorentz-krachtwet relateert magnetisch veld aan de kracht die wordt gevoeld door een bewegende lading of stroom. Deze wet kan worden uitgedrukt als een vectorkruisproduct:
\\ bold F \u003d q \\ bold v \\ times \\ bold B

voor een lading q
beweegt met snelheid v in magnetisch veld B. De grootte van het resultaat vereenvoudigt tot F \u003d qvBsin (θ)
waarbij θ
de hoek is tussen v en B. (Dus de kracht is maximaal wanneer v en B loodrecht staan, en 0 wanneer ze zijn parallel.)

Dit kan ook worden geschreven als:

voor elektrische stroom I in een draad van lengte L
in veld B.

Dit komt omdat:
\\ bold IL \u003d \\ frac {q} {\\ Delta t} L \u003d q \\ frac {L} {\\ Delta t} \u003d q \\ bold v

Tips

  • Als er ook een elektrisch veld aanwezig is, bevat deze krachtwet de term q
    E om ook de elektrische kracht op te nemen, waarbij E het elektrische veld is.


    De richting van de Lorentz-kracht wordt bepaald door de rechterhandregel
    . Als u de wijsvinger van uw rechterhand in de richting houdt waarin een positieve lading beweegt, en uw middelvinger in de richting van het magnetische veld, geeft uw duim de richting van de kracht aan. (Voor een negatieve lading draait de richting.)
    Voorbeelden

    Voorbeeld 1: Een positief geladen alfadeeltje dat naar rechts reist, komt een gelijkmatig magnetisch veld van 0,083 T binnen met zijn magnetische veldlijnen die uit het scherm wijzen . Als gevolg hiervan beweegt het in een cirkel. Wat is de straal en richting van zijn cirkelvormige pad als de snelheid van het deeltje 2 × 10 <5 m /s is? (De massa van een alfadeeltje is 6.64424 × 10 -27 kg en het bevat twee positief geladen protonen.)

    Wanneer het deeltje het veld binnenkomt, kunnen we met behulp van de rechterregel bepalen dat het zal in eerste instantie een neerwaartse kracht ervaren. Terwijl het van richting verandert in het veld, wijst de magnetische kracht naar het midden van een cirkelvormige baan. De beweging is dus met de klok mee.

    Voor objecten die een constante beweging met constante snelheid ondergaan, wordt de netto kracht gegeven door F net \u003d mv 2 /r.
    Dit instellen gelijk aan de magnetische kracht, kunnen we vervolgens oplossen voor r
    :
    \\ frac {mv ^ 2} {r} \u003d qvB \\ impliceert r \u003d \\ frac {mv} {qB} \u003d \\ frac { (6.64424 \\ times10 ^ {- 27}) (2 \\ times 10 ^ 5)} {(2 \\ times 1.602 \\ times 10 ^ {- 19}) (0.083)} \u003d 0.05 \\ text {m}

    Voorbeeld 2 : Bepaal de kracht per lengte-eenheid op twee parallelle rechte draden op een afstand r
    uit elkaar dragende stroom I.

    Aangezien het veld en de stroom loodrecht staan, is de kracht op de stroomvoerende draad is F \u003d ILB
    , dus de kracht per lengte-eenheid is F /L \u003d IB.

    Het veld vanwege een draad wordt gegeven door:
    B \u003d \\ frac {\\ mu_0I} {2 \\ pi r}

    Dus de kracht per lengte-eenheid voelbaar door de ene draad vanwege de andere is:
    \\ frac {F} {L} \u003d IB \u003d \\ frac { \\ mu_0I ^ 2} {2 \\ pi r}

    Merk op dat als de richting van de stromingen hetzelfde is, de rechterregel ons laat zien dat dit aantrekkelijk is voor ce. Als de stromingen anti-uitgelijnd zijn, zal het afstotelijk zijn.