Una scoperta sorprendente nella fisica primitiva fu che l'elettricità e il magnetismo sono due facce dello stesso fenomeno: l'elettromagnetismo. In effetti, i campi magnetici vengono generati spostando cariche elettriche o cambiamenti nel campo elettrico. Come tale, le forze magnetiche agiscono, non solo su qualsiasi cosa magnetizzata, ma anche su cariche in movimento.
Definizione di forza magnetica
La forza magnetica è la forza su un oggetto dovuta alle interazioni con un campo magnetico.
L'unità SI per la forza magnetica è il newton (N) e l'unità SI per il campo magnetico è la tesla (T).
Chiunque abbia tenuto due magneti permanenti vicini l'uno all'altro ha notato che presenza di una forza magnetica. Se due poli sud magnetici o due poli nord magnetici vengono avvicinati, la forza magnetica è repulsiva e i magneti si spingeranno uno contro l'altro in direzioni opposte. Se i poli opposti vengono avvicinati, è attraente.
Ma l'origine fondamentale del campo magnetico è la carica in movimento. A livello microscopico, ciò accade a causa dei movimenti di elettroni negli atomi di materiali magnetizzati. Possiamo capire le origini delle forze magnetiche in modo più esplicito, quindi, comprendendo come un campo magnetico influisce su una carica in movimento.
Equazione della forza magnetica
La legge della forza di Lorentz mette in relazione il campo magnetico con la forza percepita da un movimento carica o corrente. Questa legge può essere espressa come prodotto incrociato vettoriale:
\\ grassetto F \u003d q \\ grassetto v \\ times \\ grassetto B
per una carica q Questo può anche essere scritto come: per la corrente elettrica I in un filo di lunghezza L Questo perché: Suggerimenti Se è presente anche un campo elettrico, questa legge di forza include il termine q La direzione della forza di Lorentz è determinata dalla regola della mano destra Esempio 1: Una particella alfa caricata positivamente che viaggia verso destra entra in un campo magnetico uniforme di 0,083 T con le sue linee di campo magnetico che puntano fuori dallo schermo . Di conseguenza, si muove in un cerchio. Qual è il raggio e la direzione del suo percorso circolare se la velocità della particella è 2 × 10 5 m /s? (La massa di una particella alfa è 6.64424 × 10 -27 kg e contiene due protoni caricati positivamente.) Quando la particella entra nel campo, usando la regola della mano destra possiamo determinare che inizialmente sperimenterà una forza discendente. Man mano che cambia direzione nel campo, la forza magnetica finisce per puntare verso il centro di un'orbita circolare. Quindi il suo movimento sarà in senso orario. Per gli oggetti sottoposti a movimento circolare a velocità costante, la forza della rete è data da F net \u003d mv 2 /r. Esempio 2 : Determina la forza per unità di lunghezza su due fili paralleli paralleli a distanza r Poiché il campo e la corrente sono ad angolo retto, la forza sul filo portante corrente è F \u003d ILB Il campo dovuto a un filo è dato da: Quindi la forza per unità di lunghezza percepita da un filo a causa dell'altro è: Nota che se la direzione delle correnti è la stessa, la regola della mano destra ci mostra che questo sarà attraente per ce. Se le correnti sono anti-allineate, saranno repulsive.
che si muove con velocità v nel campo magnetico B. Il l'entità del risultato si semplifica in F \u003d qvBsin (θ)
dove θ
è l'angolo tra v e B. (Quindi la forza è massima quando v e B sono perpendicolari e 0 quando sono paralleli.)
nel campo B.
\\ bold IL \u003d \\ frac {q} {\\ Delta t} L \u003d q \\ frac {L} {\\ Delta t} \u003d q \\ bold v
E per includere anche la forza elettrica, dove E è il campo elettrico.
. Se si punta l'indice della mano destra nella direzione in cui si sta muovendo una carica positiva e il dito medio nella direzione del campo magnetico, il pollice indica la direzione della forza. (Per una carica negativa, la direzione si ribalta.)
Esempi
Impostazione di questo uguale alla forza magnetica, possiamo quindi risolvere per r
:
\\ frac {mv ^ 2} {r} \u003d qvB \\ implica 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}
a parte portando corrente I.
, quindi la forza per unità di lunghezza sarà F /L \u003d IB.
B \u003d \\ frac {\\ mu_0I} {2 \\ pi r}
\\ frac {F} {L} \u003d IB \u003d \\ frac { \\ mu_0I ^ 2} {2 \\ pi r}
