Siła magnetyczna działająca na przewodnik z prądem

Potrzebne wiadomości: Natężenie prądu, wektory i sinus kąta.

Wartość i kierunek siły

Dla prostego odcinka przewodnika znajdującego się w jednorodnym zewnętrznym polu magnetycznym:

\vec F=I\vec l\times\vec B,\qquad F=IlB\sin\alpha.

I jest natężeniem, l — długością odcinka objętego polem, B — wartością indukcji magnetycznej, a α — kątem między kierunkiem umownego prądu i wektorem indukcji. Indukcję mierzymy w teslach. Jedna tesla odpowiada N/(A·m), co można sprawdzić z powyższego wzoru dla ustawienia prostopadłego.

Wektor l jest skierowany zgodnie z umownym prądem, nie zgodnie z ruchem elektronów w metalu. Siła jest prostopadła zarówno do l, jak i do B. Jej zwrot wyznacza reguła iloczynu wektorowego. Odwrócenie samego prądu albo samego pola odwraca siłę; odwrócenie obu nie zmienia jej zwrotu.

Przypadki graniczne

Przy ustawieniu równoległym α = 0° i siła na ten odcinek jest równa zero. Przy ustawieniu prostopadłym α = 90° otrzymujemy wartość maksymalną IlB. W obliczeniu używamy długości części rzeczywiście znajdującej się w polu, nie automatycznie długości całego obwodu.

Przykład

Odcinek długości 0,20 m przewodzi prąd 2 A prostopadle do pola o indukcji 0,30 T. Siła wynosi 0,20 · 2 · 0,30 = 0,12 N. Jeżeli umowny prąd płynie w prawo na kartce, a pole jest skierowane w głąb kartki, siła działa ku górze kartki. Zapis osiowy daje ten sam wynik: x × (−z) = y.

Dla zakrzywionego przewodu lub niejednorodnego pola trzeba rozpatrywać poszczególne odcinki, zamiast stosować jeden kąt do całej konstrukcji. Zamknięta ramka w jednorodnym polu może mieć zerową siłę wypadkową, a mimo to doznawać momentu sił i obracać się. Nie należy również mylić zewnętrznego pola działającego na przewód z polem wytwarzanym przez ten sam przewód. To dwa odrębne elementy opisu.

Zadania do tego tematu

• Siła magnetyczna — zadanie: przewód w płaszczyźnie kartki
• Siła magnetyczna — zadanie: przewód ustawiony pod kątem

Dalsza lektura

Materiał referencyjny