Δύναμη σε ένα κινούμενο καλώδιο φόρτισης σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο

Ο μαγνητισμός μπορεί να οριστεί ως μια επίδραση του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από τους μαγνήτες λόγω των κινούμενων ηλεκτρικών φορτίων που έχουν ως αποτέλεσμα την έλξη ή την απώθηση άλλων μαγνητών. Μπορούν επίσης να αλλάξουν την κατεύθυνση κίνησης άλλων φορτισμένων σωματιδίων. Αυτά τα φορτία μπορούν να αποκτηθούν ή να χαθούν ανάλογα με το χρόνο και άλλους παράγοντες που επηρεάζουν το μαγνητικό του πεδίο, αλλά ορισμένα υλικά, για παράδειγμα, ο σίδηρος, δρα ως μόνιμος μαγνήτης και μπορούν να παραμείνουν φορτισμένα χωρίς να επηρεάζονται από άλλους παράγοντες. Άλλα υλικά όπως το νικέλιο και το κοβάλτιο θα χάσουν τον μαγνητισμό τους μόλις αφαιρεθεί το μεγαλύτερο μαγνητικό πεδίο που είναι η πηγή του μαγνητισμού.

Τι είναι ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο;

Όπως γνωρίζουμε, ο μαγνητισμός είναι μια δύναμη που παράγεται από την κίνηση ηλεκτρικών φορτίων. Η δύναμη που επιδρά στα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια σε ένα μαγνητικό πεδίο εξαρτάται από την ισχύ του φορτίου, την ταχύτητα με την οποία κινείται το σωματίδιο και την ισχύ του μαγνητικού πεδίου. Ανάλογα με την κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου, τα μαγνητικά πεδία χωρίζονται σε δύο τύπους, δηλαδή ομοιόμορφα μαγνητικά πεδία και μη ομοιόμορφα μαγνητικά πεδία. Στα ομοιόμορφα μαγνητικά πεδία, η ισχύς του μαγνητικού πεδίου παραμένει σταθερή σε όλο το μαγνητικό πεδίο και η κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου είναι παράλληλη μεταξύ τους. Ενώ σε ένα μη ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου διαφέρει από σημείο σε σημείο στο μαγνητικό πεδίο και οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου δεν είναι επίσης παράλληλες μεταξύ τους.

Τι είναι ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο;

Ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο σχηματίζεται συχνά από δύο παράλληλες αγώγιμες πλάκες με ίσα και αντίθετα φορτία, έτσι ώστε οι ηλεκτρικές γραμμές δύναμης να είναι παράλληλες και ίσης απόστασης και το ηλεκτρικό πεδίο να είναι σταθερό σε όλα τα σημεία της περιοχής μεταξύ των πλακών. Η μαγνητική δύναμη σε μια μορφή εξίσωσης μπορεί να γραφτεί ως F=Q(V.B) όπου το F σημαίνει τη μαγνητική δύναμη που ασκείται σε ένα φανταστικό σωματίδιο X, το Q σημαίνει φορτίο, το V σημαίνει την ταχύτητα και το B το μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται όταν τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν με υψηλή ταχύτητα μέσα σε έναν αγωγό. Κάθε ηλεκτρική συσκευή που χρησιμοποιούμε σήμερα παράγει ένα μαγνητικό πεδίο γύρω της καθώς χρησιμοποιεί ηλεκτρισμό για να λειτουργήσει. Το μαγνητικό πεδίο μπορεί συχνά να οδηγήσει σε απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας εάν δεν ληφθεί υπόψη για τη δραστηριότητά του που προκαλείται μέσα σε ένα κύκλωμα κλειστού βρόχου.

Ποια είναι η επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου σε ένα φορτισμένο καλώδιο;

Τα ηλεκτρόνια δεν είναι παρά αρνητικά φορτισμένα στοιχεία ατόμων και όταν αυτά τα ηλεκτρόνια ρέουν ελεύθερα μέσω ενός αγωγού, παράγεται ηλεκτρισμός. Κάθε ηλεκτρική συσκευή που χρησιμοποιούμε σήμερα έχει το δικό της ηλεκτρικό πεδίο, μπορεί να είναι ο φορητός υπολογιστής που χρησιμοποιούμε ή ακόμα και ένα απλό φως LED παράγει ηλεκτρικό πεδίο λόγω της κίνησης των ηλεκτρονίων μέσα τους. Κάθε φορά που εξετάζουμε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα κλειστού βρόχου, πρέπει να είμαστε ιδιαίτερα προσεκτικοί με όλες τις παραμέτρους που χρησιμοποιούμε για τον υπολογισμό, καθώς μερικές φορές το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από αυτά τα κυκλώματα μπορεί να οδηγήσει ακόμη και σε αντιστροφή της κατεύθυνσης του ρεύματος

Κανόνας δεξιού αντίχειρα

Εφόσον γνωρίζουμε ότι το μαγνητικό πεδίο παράγεται από το ρεύμα, μπορούμε επίσης να μάθουμε την κατεύθυνση του ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου με τον κανόνα του δεξιού αντίχειρα.

Όταν κρατάτε το δεξί σας χέρι στο σημάδι προς τα πάνω, το ρεύμα θα ρέει προς την κατεύθυνση που δείχνει ο αντίχειρας και το μαγνητικό πεδίο θα περιγράφεται από την κατεύθυνση των δακτύλων.

Αυτό δείχνει ότι η κατεύθυνση του ρεύματος αντιστρέφεται. Όπως έχουμε μελετήσει νωρίτερα, το ρεύμα ταξιδεύει πάντα από τον θετικό πόλο της μπαταρίας στον αρνητικό.

Μια μαθηματική εξίσωση για την εύρεση της δύναμης σε ένα κινούμενο καλώδιο φόρτισης σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο 

Όπως μάθαμε πριν, να βρούμε τη μαγνητική δύναμη F=Q(V.B), 

όπου q είναι το φορτίο του σωματιδίου, επί την ταχύτητα του σωματιδίου με το μαγνητικό πεδίο B.

Εδώ η ταχύτητα μπορεί να ξαναγραφτεί ως l/t, δηλαδή, το διάνυσμα της απόστασης διαιρούμενο με το χρόνο.

Εφαρμόζοντας το ίδιο στην εξίσωση,

F=Q(1/t * l * B)

Λύνοντας αυτήν την εξίσωση παίρνουμε,

F=Q/t(l*B)

Τι είναι το Q/t, δηλαδή η χρέωση διαιρεμένη με το χρόνο; Η απάντηση είναι τρέχουσα (I)

F=I(l*B)

Επομένως, η δύναμη του μαγνητικού πεδίου μπορεί να προσδιοριστεί από το γινόμενο του ρεύματος (I) επί την απόσταση από ένα μαγνητικό πεδίο.

Και για να λάβετε περαιτέρω την κατεύθυνση του ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου, μπορεί να εφαρμοστεί ο κανόνας του δεξιού αντίχειρα, όπως μελετήσαμε παραπάνω.

Συμπέρασμα

Επομένως, σε αυτό το άρθρο, μάθαμε για το τι είναι μαγνητικό πεδίο, τη διαφορά μεταξύ του ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου και του μη ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου, τι είναι μαγνητική δύναμη, ποια είναι η σχέση μεταξύ ρεύματος και μαγνητισμού, ποια είναι η επίδραση του μαγνητικού φόρτιση στο φορτισμένο καλώδιο. Μάθαμε επίσης για τον κανόνα του δεξιού αντίχειρα και μια μαθηματική εξίσωση για να βρούμε τη δύναμη σε ένα κινούμενο καλώδιο φόρτισης σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο.