Магнитная сила

Магнитная сила является следствием наличия электромагнитной силы, одной из четырех фундаментальных сил природы, и вызвана движением зарядов. Два объекта, содержащие заряд с одинаковым направлением движения, имеют между собой силу магнитного притяжения. Аналогично, объекты с зарядом, движущимся в противоположных направлениях, имеют между собой силу отталкивания.

Как найти магнитную силу?

Рассмотрим два объекта. Величина магнитной силы между ними зависит от того, сколько заряда и сколько движения в каждом из двух объектов и как далеко они удалены друг от друга.

Направление силы зависит от относительных направлений движения заряда в каждом случае.

Обычный способ найти магнитную силу определяется с точки зрения фиксированной величины заряда $q$, движущийся с постоянной скоростью $v$ в однородном магнитном поле $В$.

Если мы не знаем величину магнитного поля напрямую, то мы все равно можем использовать этот метод, потому что часто можно рассчитать магнитное поле на основе расстояния до известного тока.

Магнитная сила описывается силой Лоренца:

$\overrightarrow F=q\overrightarrow v\times\overrightarrow B$

В этой форме оно написано с использованием векторного перекрестного произведения. Мы можем записать величину магнитной силы, расширяя перекрестное произведение, написанное с точки зрения угла θ ( <180°) между вектором скорости и вектором магнитного поля:

$\overrightarrow F=qvB\sin\theta$

Направление силы можно найти с помощью правила правой руки. Это правило описывает направление силы как направление «удара» открытой руки. Пальцы указывают в направлении магнитного поля. Большой палец указывает в направлении движения положительного заряда. Если движущийся заряд отрицателен (например, электроны), то вам нужно изменить направление большого пальца, потому что сила будет в противоположном направлении.

Рисунок 1. Использование правила правой рукой для силы вызванной положительным зарядом, движущегося в магнитном поле.

Иногда мы хотим найти такую силу в проводе, несущем ток $I$ в магнитном поле. Это можно сделать, переставив наше предыдущее выражение. Если мы вспомним, что скорость – это расстояние / время, то если длина провода $L$, мы можем написать

$qv\;=\;\frac{qL}t$

и так как ток – это количество заряда, протекающего в секунду,

$qv = I·L$

и поэтому

$F = BILsinθ$

Применение магнитной силы

Магнитное отклонение электронов в электронно-лучевой трубке — один из примеров практического применения магнитной силы. Катодно-лучевая трубка представляет собой вакуумную трубку с электронной пушкой на одном конце и фосфоресцентным экраном на другом конце. Электроны выбрасываются из электронной пушки с высокой скоростью и воздействуют на экран, где при воздействии люминофора образуется пятно света.

Поскольку электроны имеют заряд, их можно отклонять в полете с помощью электрической или магнитной силы. Управление отклонением позволяет перемещать пятно света по экрану.

Телевизоры «старого» типа используют этот принцип с магнитным отклонением для формирования изображений путем быстрого сканирования пятна.

На Студворк вы можете заказать статью по физике онлайн у профильных экспертов!

Тест по теме “Магнитная сила”