A Lorentz-erő
A mágneses mező képes toló ereje lenni egy mozgó töltésnek, de csak oldalra — merőlegesen mind a sebességére, mind magára a mezőre. Ez az oldalirányú toló sosem gyorsítja vagy lassítja a töltést; csak hajlítja az útját, körbe görbítve, ha a mező állandó marad.
A képlet
F = q · v · B
- F — erő (N): az oldalirányú mágneses tolás a töltésen
- q — töltés (C): a részecske által hordozott elektromos töltés mennyisége
- v — sebesség (m/s): milyen gyorsan mozog a töltés, itt merőlegesen a mezőre
- B — mágneses mező (T): a mágneses mező erőssége, amelyen a töltés áthalad
Megoldott példa
Egy 2 coulomb töltésű részecske 3 méter másodpercenkénti sebességgel mozog, merőlegesen egy 5 tesla erősségű mágneses mezőre. Mekkora erőt érez?
- 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
Teszteld magad
Ugyanaz a 2 coulomb töltés most 3 méter másodpercenkénti sebességgel mozog egy erősebb, 10 tesla mezőben. Mekkora az erő rajta?
- 30 N
- 15 N
- Helyes válasz: 60 N
Helyes! A mező megduplázása megduplázza az erőt: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
Egy pozitív töltés jobbra mozog egy, a lap síkjába mutató mágneses mezőben. Merre tolja a mágneses erő?
- Helyes válasz: Felfelé
- Lefelé
- Előre, abba az irányba, amerre már mozog
Helyes! A jobbkéz-szabállyal egy jobbra mozgó pozitív töltés a lap síkjába mutató mezőben felfelé toló erőt érez.
Hol találkozol vele
A régi katódsugárcsöves televízió mágneses mezőkkel irányította az elektronsugarát, másodpercenként ezerszer hajlítva a töltött részecskéket a képernyő festéséhez. Az északi fény ugyanez a fizika bolygóméretben: a Napból érkező töltött részecskék a Föld mágneses erővonalai mentén csavarodnak, felizzva, ahogy kanyarognak.
Gyakori hibák
A kulcsfontosságú finomság az, hogy a mágneses erő nem végez munkát: F = q · v · B merőlegesen tolja a sebességet, így meg tudja hajlítani a pályát, de sosem gyorsítja fel vagy lassítja le a töltést. A másik hiba az irány elrontása — az erő merőleges mind a sebességre, mind a mezőre (jobbkéz-szabály: az ujjak a sebesség mentén, a mező felé csavarva, a hüvelykujj az erő mentén). Egy pozitív töltés, amely 3 m/s-mal keresztez egy 10 T-s mezőt, 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N oldalirányú erőt érez.
Hogyan kapcsolódik
Az áramok mezőket hoznak létre, a mezők pedig tolják a mozgó töltéseket — az elektromágnesség visszacsatolási párjának két fele, egy leckényi távolságra egymástól. Faraday törvénye, a következő lecke, hozzáadja a harmadikat: egy változó mező feszültséget hoz létre, amely magától áramot hajt. Ez az oldalirányú, sebességmegőrző tolás az oka annak, hogy a motorok forognak, és hogy a töltött részecskék körben futnak a gyorsítókban.