Magnetväli
Magnetväli B mõjutab liikuvaid laenguid ja elektrivoolu. Üksiku laengu magnetjõud on risti nii kiiruse kui ka väljaga, seetõttu ei muuda puhas magnetjõud osakese kineetilist energiat.
Interaktiivne arvutus
Mudel ja põhiseos
Jõu moodul on F=|q|vB sinθ. Suund saadakse vektorkorrutisest q v×B ning negatiivse laengu puhul pöördub see vastupidiseks.
Seost tuleb alati lugeda koos eeldustega. SI-ühikud, vektorite suunad ja taustsüsteemi valik ei ole vormistusdetailid: need määravad, mida tegelikult arvutatakse ja kas valemit võib kasutada ilma lisaliikmeteta.
Füüsikaline tähendus
Kui v on homogeense B-ga risti, toimib magnetjõud kesktõmbejõuna ja trajektoori raadius on r=mv/(|q|B). Paralleelne kiiruskomponent annab heeliksikujulise trajektoori.
Füüsikaline pilt on kasulikum kui valemi päheõppimine. Tasub küsida, milline suurus kannab energiat või impulssi, milline vastastikmõju tekitab vastuse ning milline sümmeetria lubab probleemi lihtsustada. Siis muutuvad nii märk kui ka suurusjärk arusaadavaks.
Mis tulemust muudab
Sirgele juhile pikkusega L ja vooluga I mõjub F=ILB sinθ. See makroskoopiline seos tuleneb laengukandjatele mõjuvate Lorentzi jõudude summast.
Hea kvantitatiivne kontroll algab võrdelisustest. Kui pikkus kahekordistub, mass kasvab või väljatugevus muutub, näitab seos kohe, kas tulemus muutub lineaarselt, ruuduga või pöördvõrdeliselt. See annab enne arvutamist tugeva mõistlikkuse kontrolli.
Piirangud ja mõõtmine
Magnetvälja jooned moodustavad suletud silmuseid ja isoleeritud magnetmonopole pole vaadeldud. Muutuv magnetvoog seostub Faraday seaduse kaudu indutseeritud elektriväljaga.
Reaalses süsteemis esinevad kaod, ebaühtlus ja mõõtkava piirangud. Mõõtetulemust tuleb vaadelda koos määramatusega ning kontrollida, kas ideaalne mudel on endiselt piisav. Väike kõrvalekalle ei tähenda automaatselt arvutusviga, vaid võib olla mudeli piirangu loomulik tagajärg.
Tõlgendus ja rakendus
Välja SI-ühik on tesla. Geomeetria on otsustav: kui v on B-ga paralleelne, siis sinθ=0 ja magnetjõud kaob, kuigi magnetväli ise on olemas.
Rakenduses kontrollime vastust vähemalt kolmel viisil: mõõtmed, märk ja piirjuhud. Kui mõni parameeter läheneb nullile või muutub väga suureks, peab ennustus jääma füüsikaliselt mõistlikuks. Selline kontroll leiab eksimuse sageli kiiremini kui kogu arvutuse kordamine.
Lahendatud ülesanded
Ülesanne 1
Arvuta: kasuta F=|q|vB sinθ. Antud: q=1,60×10⁻¹⁹ C, v=2,0×10⁶ m·s⁻¹, B=0,20 T, θ=90°.
Lahendus: F≈6,4×10⁻¹⁴ N
Ülesanne 2
Arvuta: kasuta F=|q|vB sinθ. Antud: θ=0°.
Lahendus: F=0
Ülesanne 3
Arvuta: kasuta F=|q|vB sinθ. Antud: v → 2v, θ=90°.
Lahendus: F → 2F