Lorentzova sila
Magnetno polje lahko potiska gibajoči naboj, a le stransko — pravokotno na njegovo hitrost in na samo polje. Ta stranski potisk nikoli ne pospeši ali upočasni naboja; le upogne pot, ukrivlja jo v krožnico, če polje ostane konstantno.
Formula
F = q · v · B
- F — sila (N): stranski magnetni potisk na naboj
- q — naboj (C): količina električnega naboja, ki ga delec nosi
- v — hitrost (m/s): kako hitro se naboj premika, tu pravokotno na polje
- B — magnetno polje (T): jakost magnetnega polja, skozi katerega se naboj premika
Rešen primer
Nabiti delec z nabojem 2 kulona se premiva s 3 metri na sekundo, pravokotno na magnetno polje 5 tesel. Katero silo čuti?
- 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
Preizkusi se
Isti naboj 2 kulona se sedaj premiva s 3 metri na sekundo skozi močnejše polje 10 tesel. Katera je sila nanj?
- 30 N
- 15 N
- Pravilen odgovor: 60 N
Prav! Podvojitev polja podvoji silo: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
Pozitiven naboj se premiva v desno skozi magnetno polje, ki kaže v ravnino. V katero silo ga potiska magnetna sila?
- Pravilen odgovor: Navzgor
- Navzdol
- Naprej, v isto smer, v katero se že premiva
Pravilno! Z uporabo pravila desne roke desno-migajoč pozitiven naboj v polju, ki kaže v ravnino, čuti silo, ki ga potiska navzgor.
Kje to vidiš
Stari CRT televizor je usmerjal svoj elektronski curek z magnetnimi polji, slikašča zaslon z upogibanjem nabitih delcev tisočkrat na sekundo. Severni levi so ista fizika v planetarnem merilu: nabiti delci od sonca spiralo po silnicah Zemljinega magnetnega polja in svetijo, ko se ukrivljajo.
Pogoste napake
Ključna subtilnost je, da magnetna sila ne opravi dela: F = q · v · B potiska pravokotno na hitrost, zato lahko upogne pot, a nikoli ne pospeši ali upočasni naboja. Napačna smer je druga napaka — sila je pravokotna na hitrost in polje (desna roka: prsti vzdolž hitrosti, zvij proti polju, palec vzdolž sile). Pozitiven naboj pri 3 m/s, ki prečka polje 10 T, čuti 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N stransko.
Kako se povezuje
Tokovi delajo polja in polja potiskajo gibajoče naboje — dve polovici povratne zanke elektromagnetizma, eno lekcijo narazen. Faradayev zakon, ki sledi, doda tretjo: spreminjajoče polje ustvari napetost, ki sama poganja tok. Ta stranski, hitrost-ohranjajoč potisk je, zakaj se motorji vrtijo in zakaj nabiti delci tečejo v krogih v pospeševalnikih.