Une découverte surprenante en physique primitive a été que l'électricité et le magnétisme sont les deux faces d'un même phénomène: l'électromagnétisme. En fait, les champs magnétiques sont générés par des charges électriques en mouvement ou des changements dans le champ électrique. En tant que telles, les forces magnétiques agissent non seulement sur tout ce qui est magnétisé, mais aussi sur les charges en mouvement.
Définition de la force magnétique
La force magnétique est la force sur un objet due aux interactions avec un champ magnétique.
L'unité SI pour la force magnétique est le newton (N) et l'unité SI pour le champ magnétique est le tesla (T).
Quiconque a tenu deux aimants permanents l'un près de l'autre a remarqué la présence d'une force magnétique. Si deux pôles sud magnétiques ou deux pôles nord magnétiques sont rapprochés, la force magnétique est répulsive et les aimants se poussent l'un contre l'autre dans des directions opposées. Si des pôles opposés sont rapprochés, c'est intéressant.
Mais l'origine fondamentale du champ magnétique est la charge en mouvement. Au niveau microscopique, cela se produit en raison des mouvements d'électrons dans les atomes de matériaux magnétisés. Nous pouvons alors comprendre les origines des forces magnétiques de manière plus explicite en comprenant comment un champ magnétique affecte une charge en mouvement.
Équation de la force magnétique
La loi de la force de Lorentz relie le champ magnétique à la force ressentie par un mouvement charge ou courant. Cette loi peut être exprimée comme un produit vectoriel croisé:
\\ bold F \u003d q \\ bold v \\ times \\ bold B
pour une charge q Cela peut aussi s'écrire: pour le courant électrique I dans un fil de longueur L En effet: Conseils Si un champ électrique est également présent, cette loi de force inclut le terme q La direction de la force de Lorentz est déterminée par la règle de droite Exemple 1: Une particule alpha chargée positivement se déplaçant vers la droite entre dans un champ magnétique uniforme de 0,083 T avec ses lignes de champ magnétique pointant vers l'extérieur de l'écran . En conséquence, il se déplace en cercle. Quels sont le rayon et la direction de sa trajectoire circulaire si la vitesse de la particule est de 2 × 10 5 m /s? (La masse d'une particule alpha est de 6,64424 × 10 -27 kg, et elle contient deux protons chargés positivement.) Lorsque la particule entre dans le champ, en utilisant la règle de droite, nous pouvons déterminer que il subira initialement une force descendante. Lorsqu'elle change de direction dans le champ, la force magnétique finit par pointer vers le centre d'une orbite circulaire. Ainsi, son mouvement sera dans le sens des aiguilles d'une montre. Pour les objets subissant un mouvement circulaire à vitesse constante, la force nette est donnée par F net \u003d mv 2 /r. Exemple 2 : Déterminer la force par unité de longueur sur deux fils droits parallèles à une distance r Puisque le champ et le courant sont à angle droit, la force sur le fil porteur courant est F \u003d ILB Le champ dû à un fil est donné par: Ainsi, la force par unité de longueur ressentie par un fil à cause de l'autre est: Notez que si la direction des courants est la même, la règle de droite nous montre que ce sera un attrait pour ce. Si les courants sont anti-alignés, ils seront répulsifs.
se déplaçant avec la vitesse v dans le champ magnétique B. l'amplitude du résultat se simplifie en F \u003d qvBsin (θ)
où θ
est l'angle entre v et B. (La force est donc maximale lorsque v et B sont perpendiculaires, et 0 lorsque ils sont parallèles.)
dans le champ B.
\\ bold IL \u003d \\ frac {q} {\\ Delta t} L \u003d q \\ frac {L} {\\ Delta t} \u003d q \\ bold v
E pour inclure également la force électrique, où E est le champ électrique.
. Si vous pointez l'index de votre main droite dans la direction où se déplace une charge positive et votre majeur dans la direction du champ magnétique, votre pouce donne la direction de la force. (Pour une charge négative, la direction bascule.)
Exemples
égale à la force magnétique, on peut alors résoudre pour r
:
\\ frac {mv ^ 2} {r} \u003d qvB \\ implique r \u003d \\ frac {mv} {qB} \u003d \\ frac { (6.64424 \\ times10 ^ {- 27}) (2 \\ times 10 ^ 5)} {(2 \\ times 1.602 \\ times 10 ^ {- 19}) (0.083)} \u003d 0.05 \\ text {m}
du courant porteur I.
, donc la force par unité de longueur sera F /L \u003d IB.
B \u003d \\ frac {\\ mu_0I} {2 \\ pi r}
\\ frac {F} {L} \u003d IB \u003d \\ frac { \\ mu_0I ^ 2} {2 \\ pi r}
