Siła Lorentza: tor cząstki, ramka silnika i dwa przewody

Potrzebne wiadomości: Iloczyn wektorowy, ruch po okręgu i pole magnetyczne.

Cząstka w polu

Siła magnetyczna ma postać \vec F=q\vec v\times\vec B. Jej wartość to |q|vB\sin\theta. Jest prostopadła do prędkości, więc samo statyczne pole magnetyczne nie wykonuje pracy nad punktowym ładunkiem. Dla v prostopadłego do B tor w jednorodnym polu jest kołem: r=mv/(|q|B). Dodatkowa równoległa składowa prędkości tworzy ruch śrubowy.

Dla m=2·10⁻⁶ kg, |q|=10⁻⁴ C, v=3 m/s i B=0,20 T promień modelowy wynosi 0,30 m. Zmiana znaku q odwraca zwrot zakrzywienia, nie wartość promienia. Przy ruchu dokładnie wzdłuż pola siła magnetyczna znika.

Prąd i moment siły

Na prosty odcinek przewodu działa \vec F=I\vec l\times\vec B. Dwa przeciwległe boki prostokątnej ramki mogą doświadczać przeciwnych sił tworzących parę. Dla N zwojów moment ma wartość M=NISB\sin\theta, gdzie θ mierzymy między normalną do ramki a B. Komutacja lub zmienne zasilanie podtrzymuje korzystny zwrot momentu silnika; energię dostarcza źródło.

Dwa długie równoległe przewody z prądami zgodnymi przyciągają się, przeciwne odpychają. W próżni F/l=\mu_0I_1I_2/(2\pi d) co do wartości. Jest to model długich przewodów, nie opis dowolnej skończonej instalacji.

Zadania do tego tematu

• Promień toru modelowego ładunku
• Największy moment działający na ramkę
• Oddziaływanie dwóch prostych przewodów

Dalsza lektura

Materiał referencyjny