Câmp magnetic

Câmpul magnetic B⃗ acționează asupra sarcinilor în mișcare și a curenților. Mărimea forței depinde și de unghiul dintre mișcare și câmp.

Forța magnetică asupra unei sarcini în mișcare

Pentru o sarcină q în mișcare, F⃗=q v⃗×B⃗, iar modulul este F=|q|vB sinθ. Dacă v⃗ este paralel cu B⃗, F=0; dacă este perpendicular, forța este maximă.

De ce forța magnetică curbează traiectoria

v+F× B××××Forța magnetică este perpendiculară pe v⃗ și B⃗.
Forța magnetică este perpendiculară pe v⃗ și B⃗.

F = |q|vB sin θ

Forța magnetică este perpendiculară pe viteza instantanee, deci singură nu efectuează lucru mecanic. Pentru v ⟂ B, ea joacă rol de forță centripetă și r=mv/(|q|B).

Dependența forței de unghi

Pentru q, v și B fixe, F/Fmax = sin θ.

90°

Forța asupra unui conductor parcurs de curent

Pentru un segment drept de conductor, F⃗=I L⃗×B⃗. Este rezultatul macroscopic al forțelor Lorentz asupra purtătorilor de sarcină din conductor.

Curentul produce și el câmp magnetic

Un conductor lung și drept produce B=μ₀I/(2πr). Liniile de câmp sunt cercuri în jurul conductorului, iar B scade ca 1/r.

Stabilirea direcției fără memorarea desenelor

Regula mâinii drepte reprezintă produsul vectorial. Pentru o sarcină pozitivă, v⃗×B⃗ dă direcția forței; pentru una negativă, direcția se inversează.

Exemple rezolvate

1. Forța magnetică asupra unui proton

v=3,0×10⁶ m/s, B=0,20 T, perpendicular.

Rezolvare

F≈9,6×10⁻¹⁴ N.

2. Raza traiectoriei unui electron

Electron cu impuls p, perpendicular pe B.

Rezolvare

r=p/(eB); impuls mai mare înseamnă rază mai mare.

3. Câmpul unui conductor drept

I=10 A, r=5,0 cm.

Rezolvare

B=4,0×10⁻⁵ T.