If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Какво е магнитна сила?

Научи какво е магнитна сила и как да я смяташ.

Какво представлява магнитната сила?

Магнитната сила е следствие от електромагнитната сила, една от четирите фундаментални сили на природата, и се поражда от движението на заряди. Два обекта, които съдържат заряди с една и съща посока на движение, изпитват магнитна сила на привличане. Аналогично, обекти, които съдържат заряди с противоположни посоки на движение, се отблъскват един от друг.
В статията ни за магнитни полета научихме как около движещ се заряд се създава магнитно поле. В този контекст магнитната сила е сила, която възниква в резултат на взаимодействието на магнитни полета.

Как се намира магнитната сила?

Да разгледаме два обекта. Големината на магнитната сила между тях зависи от това колко заряд колко се движи във всеки от обектите и колко далече са те един от друг. Посоката на силата зависи от относителната посока на движението на зарядите.
Обичайният начин за намиране на магнитна сила е като фиксираме определено количество заряд q, движещ се с постоянна скорост v в еднородно магнитно поле B. Дори да не знаем големината на магнитното поле, пак можем да използваме този метод, тъй като често е възможно да пресметнем магнитното поле на базата на разстоянието до даден електричен ток.
Магнитната сила се описва със закона за силата на Лоренц:
F, with, vector, on top, equals, q, v, with, vector, on top, times, B, with, vector, on top
В тази форма е записан с помощта на векторно произведение с кръст. Можем да запишем големината на магнитната сила, като заместим със стойностите в това векторно произведение. Записано по отношение на ъгъл theta (is less than, 180, degrees) между скоростта и магнитното поле, то изглежда така:
start box, F, equals, q, v, B, sine, theta, end box
Посоката на силата може да се намери с правилото на изпънатите пръсти на дясната ръка. Това правило описва посоката на силата като посоката "от дланта навън" на отворена ръка. Както при правилото на свитите пръсти на дясната ръка, пръстите посочват посоката на магнитното поле. Палецът сочи в посоката на движението на положителните заряди. Ако движещият се заряд е отрицателен (например електрони), тогава трябва да използваш обратната посока на палеца си, защото силата ще бъде в обратна посока. Друга възможност е да използваш лявата си ръка за движение на отрицателни заряди.
Използване на правилото на изпънатите пръсти на дясната ръка за намиране на силата, породена от положителен заряд, движещ се в магнитно поле.
Фигура 1: Използване на правилото за изпънатите пръсти на дясната ръка за намиране на силата, породена от положителен заряд, движещ се в магнитно поле.
Понякога искаме да намерим силата върху проводник в магнитно поле, по който тече ток I. Можем да направим това, като пренаредим предишния израз. Ако си спомним, че скоростта е преместване върху време, ако проводник има дължина L, можем да запишем, че:
q, v, equals, start fraction, q, L, divided by, t, end fraction
Тъй като токът е количество заряд, протичащ за секунда,
q, v, equals, I, L
Следователно
start box, F, equals, B, I, L, sine, theta, end box

Сила върху проводник

Упражнение 1a:
Фигура 2: Магнитна сила върху проводник.
Фигура 2: Магнитна сила върху проводник.
На фигура 2 е показан проводник между северния и южния полюс на магнит с формата на подкова. Проводникът е свързан с батерия, заради която по проводника тече ток с големина 5, space, A в посочената на фигурата посока. Ако знаем, че магнитното поле между полюсите е 0, comma, 2, space, T, какви са големината и посоката на силата върху 10-милиметровата част от проводника между полюсите?
Упражнение 1б:
Да предположим, че магнитът е преместен леко наляво, така че проводникът сега е по-близо до южния полюс на магнита. Очакваш ли, че това ще промени по някакъв начин силата върху проводника?
Упражнение 1в:
Предположи, че силата на магнита не е известна. Можеш ли да предложиш модификация на този опит, така че да измерим силата на магнитното поле? Да приемем, че имаш линийка, нишка и разни калибрирани теглилки на разположение.

Магнитно отклоняване на електрони от катоднолъчева тръба

Катоднолъчевата тръба (наричана още електроннолъчева тръба) е вакуумна тръба с електронна пушка от едната страна и фосфоресциращ екран от другата. Електроните се изстрелват с висока скорост от електронната пушка и при удрянето си в екрана произвеждат петънце светлина, заради сблъсъка си с фосфора.
Тъй като електроните имат заряд, е възможно да ги отклоним по време на движението им с електрична или магнитна сила. Като контролираме отклонението, можем да местим петното светлина по екрана. Старите телевизори (с кинескоп) използват този принцип с магнитно отклонение, за да образуват изображения, сканирайки бързо мястото.
Упражнение 2а:
Фигура 3 показва експеримент с катоднолъчева тръба. Двойка серпентини са поставени извън катодна тръба и създават хомогенно магнитно поле в тръбата (не е показано). В отговор на полето електроните се отклоняват и следват траектория, която е сегмент от окръжност, както е показано на фигурата. Каква е посоката на магнитното поле?
Фигура 3: Опит с катоднолъчева тръба.
Фигура 3: Експеримент с катоднолъчева тръба.
Упражнение 2б:
Ако знаем, че електроните се изстрелват от електронната пушка хоризонтално, със скорост v с големина 2, dot, 10, start superscript, 7, end superscript, space, m, slash, s, каква е големината на магнитното поле? Приеми, че радиусът на траекторията е L, squared, slash, 2, d, където L е дължината на тръбата, а d е хоризонталното отклонение.