Сила на Лоренц
Магнитно поле може да бутне движещ се заряд, но само странично — перпендикулярно и на скоростта му, и на самото поле. Този страничен бутане никога не ускорява или забавя заряда; той само извива пътя, огъвайки го в окръжност, ако полето остане постоянно.
Формулата
F = q · v · B
- F — сила (N): страничният магнитен бутане върху заряда
- q — заряд (C): количеството електрически заряд, носено от частицата
- v — скорост (m/s): колко бързо се движи зарядът, тук перпендикулярно на полето
- B — магнитно поле (T): силата на магнитното поле, през което зарядът се движи
Разрешен пример
Заредена частица с заряд 2 кулона се движи с 3 метра в секунда, перпендикулярно на магнитно поле 5 тесла. Каква сила усеща?
- q = 2 C
- v = 3 m/s
- B = 5 T
- F = q · v · B
- F = 2 C · 3 m/s · 5 T
F = 30 N
Провери се
Същият заряд 2 кулона сега се движи с 3 метра в секунда през по-силно поле 10 тесла. Каква е силата върху него?
- 30 N
- 15 N
- Верен отговор: 60 N
Вярно! Удвояването на полето удвоява силата: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
Положителен заряд се движи надясно през магнитно поле, сочещо навътре в страницата. Накъде го бута магнитната сила?
- Верен отговор: Нагоре
- Надолу
- Напред, в същата посока, в която вече се движи
Вярно! С правилото на дясната ръка, положителен заряд, движещ се надясно в поле, сочещо навътре в страницата, усеща сила, бутаща го нагоре.
Къде виждаш това
Стар CRT телевизор управляваше електронния си лъч с магнитни полета, рисувайки екрана, извивайки заредени частици хиляди пъти в секунда. Северните светлини са същата физика в планетарен мащаб: заредени частици от Слънцето се спираловождат по линиите на земното магнитно поле, светейки, докато се извиват.
Чести грешки
Ключовата тънкост е, че магнитната сила не извършва работа: F = q · v · B бута перпендикулярно на скоростта, така че може да извие път, но никога да ускорява или забавя заряда. Грешената посока е другото подхлъзване — силата е перпендикулярна и на скоростта, и на полето (дясна ръка: пръсти по скоростта, завий към полето, палецът сочи по силата). Положителен заряд с 3 m/s, пресичащ поле 10 T, усеща 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N странично.
Как се свързва
Токовете правят полета, а полетата бутат движещите се заряди — двете половини от обратновръзката двойка на електромагнетизма, на един урок разстояние. Законът на Фарадей, следващ, добавя третото: променящо се поле създава напрежение, което задвижва ток само по себе си. Този страничен, пазещ скоростта бутане е защото моторите се въртят и защото заредените частици бягат в кръгове в ускорители.