Segulsvið

Segulsvið lýsir seguláhrifum í rúmi. Kraftur á hlaðna ögn ræðst bæði af sviðinu og hreyfingu agnarinnar. Meginatriðið er krossfeldið: segulkrafturinn er hornréttur á bæði hraðavigurinn og segulsviðið.

Kraftur á hreyfanlega hleðslu

+vFB
Fyrir jákvæða hleðslu er segulkrafturinn hornréttur á bæði v og B; fyrir neikvæða hleðslu snýst kraftstefnan við.

Segulhluti Lorentz-kraftsins er F⃗ = q v⃗ × B⃗ og stærðin F = |q|vB sin θ. Krafturinn er núll ef v⃗ er samsíða B⃗ og stærstur þegar þeir eru hornréttir.

Fyrir jákvæða hleðslu gefur hægri handar regla stefnuna; fyrir neikvæða hleðslu snýst stefnan við. Svar sem er samsíða v⃗ eða B⃗ getur því ekki verið réttur segulkraftur.

Segulkraftur við almennt horn

Af hverju sviðið beygir brautina án þess að auka hraðann

Vegna þess að F⃗ er alltaf hornrétt á augnablikshraðann vinnur segulkrafturinn á punktahleðslu enga vinnu: P = F⃗·v⃗ = 0. Hann breytir stefnu hraðans en ekki hreyfiorkunni.

Ef v ⟂ B verður brautin hringur með r = mv/(|q|B). Ef hraðinn hefur líka þátt samsíða B færist ögnin jafnframt eftir sviðinu og brautin verður skrúflína.

Straumur getur líka fundið segulkraft

Beinn leiðari með lengdarvigur L⃗ í ytra sviði fær kraft F⃗ = I L⃗ × B⃗. Þetta er stórsæ lýsing á kröftum á hreyfanlegar hleðslur í leiðaranum.

Í rafmótorum mynda kraftar á mismunandi hliðar straumlykkju snúningsvægi. Segulsviðið stýrir hreyfingunni, en orkan í raunverulegu tæki getur komið frá rafsviði og aflgjafa.

Straumar mynda einnig segulsvið

IBr
Segulsvið langs beins straumleiðara fer í hringi um leiðarann og styrkurinn fellur sem 1/r.

Um langan beinan leiðara gildir B = μ₀I/(2πr) og sviðslínurnar eru lokaðir hringir. Hægri handar regla tengir straumstefnu við hringstefnu B.

Inni í löngum segulspóla er um það bil B = μ₀nI. Segulsviðslínur mynda lokaðar lykkjur; einangraðir seguleinpólar hafa ekki fundist.

Stefnureglur án þess að læra mynd utan að

Veldu fyrst stefnu v⃗ og síðan B⃗ og notaðu krossfeldið fyrir jákvæða hleðslu. Fyrir neikvæða hleðslu er niðurstaðan snúin við. Athugaðu að krafturinn sé hornréttur á planið sem v⃗ og B⃗ spanna.

Setningin „segulsvið flytja aldrei orku“ er of víð. Segulhlutinn qv × B vinnur ekki vinnu á einangraða punktahleðslu, en spanrafvið, hreyfanlegir leiðarar og aflgjafar geta verið hluti af orkuflutningi í heilu kerfi.

Leyst dæmi

1. Kraftur á hreyfanlega róteind

Róteind fer hornrétt á 0,20 T svið með hraða 3,0 × 10⁶ m s⁻¹. Finndu kraftstærðina.

Lausn

F = qvB = (1,602 × 10⁻¹⁹)(3,0 × 10⁶)(0,20) ≈ 9,61 × 10⁻¹⁴ N.

2. Radíus agnarbrautar

Rafeind með hraða 2,0 × 10⁶ m s⁻¹ fer hornrétt inn í 0,010 T svið. Finndu hringradíusinn.

Lausn

r = mv/(|q|B) = (9,11 × 10⁻³¹)(2,0 × 10⁶)/[(1,602 × 10⁻¹⁹)(0,010)] ≈ 1,14 × 10⁻³ m.

3. Svið frá beinum leiðara

Finndu B í 0,050 m fjarlægð frá löngum beinum leiðara með 8,0 A straum.

Lausn

B = μ₀I/(2πr) = (4π × 10⁻⁷)(8,0)/(2π × 0,050) = 3,2 × 10⁻⁵ T.