Lorentzkraften
Ett magnetfält kan knuffa en rörlig laddning, men bara åt sidan — vinkelrätt mot både dess hastighet och själva fältet. Denna sidoknuff snabbar aldrig upp laddningen eller saktar ner den; den böjer bara banan och kurvar den till en cirkel om fältet förblir konstant.
Formeln
F = q · v · B
- F — kraft (N): den sidriktade magnetiska knuffen på laddningen
- q — laddning (C): den elektriska laddningsmängd som partikeln bär
- v — hastighet (m/s): hur snabbt laddningen rör sig, här vinkelrätt mot fältet
- B — magnetfält (T): styrkan på magnetfältet som laddningen rör sig genom
Genomräknat exempel
En laddad partikel med laddningen 2 coulomb rör sig med 3 meter per sekund, vinkelrätt mot ett magnetfält på 5 tesla. Vilken kraft känner 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
Testa dig själv
Samma laddning på 2 coulomb rör sig nu med 3 meter per sekund genom ett starkare fält på 10 tesla. Hur stor är kraften på den?
- 30 N
- 15 N
- Rätt svar: 60 N
Rätt! Fördubblat fält fördubblar kraften: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
En positiv laddning rör sig åt höger genom ett magnetfält som pekar in i sidan. Åt vilket håll knuffar den magnetiska kraften den?
- Rätt svar: Uppåt
- Nedåt
- Framåt, i samma riktning som den redan rör sig
Rätt! Enligt högerhandsregeln känner en positiv laddning som rör sig åt höger i ett fält som pekar in i sidan en kraft som knuffar den uppåt.
Var du ser detta
En gammal CRT-TV styrde sin elektronstråle med magnetfält och målade skärmen genom att böja laddade partiklar tusentals gånger per sekund. Norrskenet är samma fysik i planetär skala: laddade partiklar från solen virvlar i spiraler längs jordens magnetfältlinjer och glöder när de svänger om.
Vanliga misstag
Den avgörande finessen är att den magnetiska kraften inte utför något arbete: F = q · v · B knuffar vinkelrätt mot hastigheten, så den kan böja en bana men aldrig snabba upp laddningen eller bromsa in den. Det andra snubbelsteget är riktningen — kraften är vinkelrät mot både hastigheten och fältet (högerhanden: fingrarna längs hastigheten, krök dem mot fältet, tummen längs kraften). En positiv laddning som rör sig med 3 m/s och korsar ett fält på 10 T känner 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N åt sidan.
Hur det hänger ihop
Strömmar skapar fält och fält knuffar rörliga laddningar — de två halvorna av elektromagnetismens återkopplingspar, en lektion isär. Faradays lag, härnäst, lägger till den tredje: ett föränderligt fält skapar en spänning som helt på egen hand driver en ström. Den här sidriktade knuffen, som bevarar farten, är anledningen till att motorer snurrar och till att laddade partiklar går i cirklar i acceleratorer.