Lorentz-kraften
Et magnetfelt kan skubbe til en bevægelig ladning, men kun sidelæns — vinkelret på både dens hastighed og selve feltet. Dette sidelæns skub fremskynder eller sinker aldrig ladningen; det bøjer kun banen og krummer den til en cirkel, hvis feltet forbliver konstant.
Formlen
F = q · v · B
- F — kraft (N): det tværgående magnetiske tryk på ladningen
- q — ladning (C): den mængde elektrisk ladning, partiklen bærer
- v — hastighed (m/s): hvor hurtigt ladningen bevæger sig, her vinkelret på feltet
- B — magnetfelt (T): styrken af det magnetfelt, ladningen bevæger sig igennem
Udregnet eksempel
En ladet partikel med en ladning på 2 coulomb bevæger sig med 3 meter pr. sekund, vinkelret på et magnetfelt på 5 tesla. Hvilken kraft mærker den?
- 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
Test dig selv
Den samme ladning på 2 coulomb bevæger sig nu med 3 meter pr. sekund gennem et stærkere felt på 10 tesla. Hvad er kraften på den?
- 30 N
- 15 N
- Korrekt svar: 60 N
Rigtigt! Fordobles feltet, fordobles kraften: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
En positiv ladning bevæger sig mod højre gennem et magnetfelt, der peger ind i siden. Hvilken vej skubber den magnetiske kraft den?
- Korrekt svar: Opad
- Nedad
- Fremad, i samme retning som den allerede bevæger sig
Rigtigt! Med højrehåndsreglen mærker en positiv ladning, der bevæger sig mod højre i et felt, der peger ind i siden, en kraft, der skubber den opad.
Hvor du ser det
Et gammelt CRT-fjernsyn styrede sin elektronstråle med magnetfelter og malede skærmen ved at bøje ladede partikler tusindvis af gange i sekundet. Nordlyset er samme fysik i planetarisk skala: ladede partikler fra solen bevæger sig i spiraler langs Jordens magnetfeltlinjer og lyser, når banen krummer.
Almindelige fejl
Den afgørende finesse er, at den magnetiske kraft ikke udfører arbejde: F = q · v · B skubber vinkelret på hastigheden, så den kan bøje en bane, men aldrig gøre ladningen hurtigere eller langsommere. At tage retningen forkert er den anden brøler — kraften står vinkelret på både hastigheden og feltet (højre hånd: fingrene langs hastigheden, krum dem mod feltet, tommelfingeren langs kraften). En positiv ladning, der bevæger sig med 3 m/s på tværs af et felt på 10 T, mærker 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N sidelæns.
Sådan hænger det sammen
Strømme skaber felter, og felter skubber til bevægelige ladninger — de to halvdele af elektromagnetismens feedback-par, kun én lektion fra hinanden. Faradays lov, som kommer herefter, tilføjer den tredje: et felt, der ændrer sig, skaber en spænding, der driver en strøm, helt af sig selv. Dette sidelæns skub, der bevarer farten, er grunden til, at motorer roterer, og til at ladede partikler løber i cirkler i acceleratorer.