Lorentzova sila
Magnetické pole vie tlačiť na pohybujúci sa náboj, ale len do boku — kolmo na jeho rýchlosť aj na samotné pole. Tento bočný dotlač nikdy nezrýchli ani nespomalí náboj; len ohýba dráhu, kriviac ju do kružnice, keď pole zostáva konštantné.
Vzorec
F = q · v · B
- F — sila (N): bočný magnetický dotlač na náboj
- q — náboj (C): množstvo elektrického náboja neseného časticou
- v — rýchlosť (m/s): ako rýchlo sa náboj hýbe, tu kolmo na pole
- B — magnetické pole (T): intenzita magnetického poľa, ktorým sa náboj hýbe
Riešený príklad
Nabitá častica s nábojom 2 coulomby sa hýbe 3 metre za sekundu, kolmo na magnetické pole 5 tesly. Akú silu cíti?
- 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
Skontroluj sa
Ten istý náboj 2 coulomby sa teraz hýbe 3 metre za sekundu cez silnejšie pole 10 tesiel. Aká je sila na ňom?
- 30 N
- 15 N
- Správna odpoveď: 60 N
Správne! Zdvojnásobenie poľa zdvojnásobuje silu: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
Kladný náboj sa hýbe vpravo cez magnetické pole ukazujúce do stránky. Ktorým smerom ho magnetická sila tlačí?
- Správna odpoveď: Nahor
- Nadol
- Dopredu, tým istým smerom, ktorým sa už hýbe
Správne! Používajúc pravidlo pravej ruky, vpravo sa hýbajúci kladný náboj v poli ukazujúcom do stránky cíti silu tlačiace ho nahor.
Kde to vidíš
Stará CRT televízia riadila svoj elektrónový lúč magnetickými poľami, maľujúc obrazovku ohýbaním nabitých častíc tisíckykrát za sekundu. Polárne žiary sú tá istá fyzika v planétovom merítku: nabité častice zo Slnka špirálujú pozdĺž siločiar magnetického poľa Zeme, žiariac, keď sa krivia.
Časté chyby
Kľúčová subtílnosť je, že magnetická sila nekoná prácu: F = q · v · B tlačí kolmo na rýchlosť, takže vie ohnúť dráhu, ale nikdy nezrýchliť ani nespomaliť náboj. Zlé dostanie smeru je druhý prehrešok — sila je kolmá na rýchlosť aj pole (pravá ruka: prsty pozdĺž rýchlosti, zohni k poľu, palec pozdĺž sily). Kladný náboj pri 3 m/s prechádzajúci poľom 10 T cíti 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N do boku.
Ako to súvisí
Prúdy robia polia a polia tlačia pohybujúce sa náboje — dve polovice spätnej väzby elektromagnetizmu, jednu lekciu od seba. Faradayov zákon, ďalej, pridáva tretiu: meniace sa pole vytvára napätie, ktoré ženie prúd samo od seba. Tento bočný, rýchlosť zachovávajúci dotlač je dôvod, prečo motory sa točia a prečo nabité častice behajú v kružniciach v urýchľovačoch.