Lektioner v. 42: Krafter på ledare och laddade partiklar i B-fält

Fysik B - NV07MTEfter denna fysikvecka ska du kunna / veta

  • Definiera strömstyrka utifrån kraft
  • Använda dig av sambandet mellan strömstyrka och magnetisk flödestäthet i en långsmal spole
  • Kunna avgöra storlek och riktning på den kraft en laddad partikel påverkas med i ett magnetfält
  • Beräkna storleken på det elektriska fält som bildas i en ledande, strömförande, platta i ett magnetiskt fält

Material

  • Heureka Fysik B Avsnitten 8.5, 8.6, 8.7, 8.8, 8.9 (sid. 205 – 213)
  • Laboration: Bestämma kraften som en ledare påverkas utav i ett magnetiskt fält
  • Uppgifter: 8.10, 8.11, 8.12, 8.14, 8.15, 8.16, 8.18, 8.20, 8.22, 8.24, 8.26

Teori

Förra veckan gick vi igenom hur ett magnetfält breder ut sig från en lång, rak, strömförande ledare. En ström ger alltså upphov till magnetism.

Ett klassiskt experiment är att placera två strömförande ledare i närheten av varandra. Respektive ledare kommer att ge upphov till ett magnetfält runt omkring sig. Det gör att ledarna kommer att påverkas av en kraft. Beroende på respektive strömriktning kommer ledarna antingen att påverkas av en kraft ”inåt” (om strömriktningen är samma i ledarna) eller ”utåt” om strömriktningen går åt olika håll. Här kan även Newtons 3:e lag användas i resonemanget: om Ledare 1 påverkas av en kraft från Ledare 2, kommer Ledare 2 påverkas av samma kraft, men i motsatt riktning, än den som Ledare 1 påverkades utav (hängde du med?). I en ”formel” kan detta skrivas som F_{21}=-F_{12}. Detta bekräftas (naturligtvis!) av en magnetfältsriktningsanalys (underbart ord!) som kan göras utifrån Figur 16, sid. 208 i Heureka! B.

På sid. 209 i Heureka! B finns sambandet mellan ledarnas längd, avståndet från varandra, strömstyrka å ena sidan och kraften de påverkas av å andra sidan. En alternativ definition på enheten för strömstyrka (1A) ges då ledarnas längder är 1 meter, avståndet mellan dem är 1 meter då de påverkas av kraften 2\cdot 10^{-7} N. Detta går tillbaka på den magnetiska flödestätheten från en strömförande ledare. Observera att alla tal i denna definition är identiska; de är inte mätvärden.

Om nu elektrisk ström ger upphov till magnetiska fält, och att därmed två strömförande ledare påverkar varandra med en kraft, kanske det inte är så förvånande att alla laddade partiklar som rör sig vinkelrätt mot fältlinjerna i ett magnetfält påverkas av en kraft (ström är just rörliga elektroner). Den kraft som en partikel med laddningen q och hastigheten v påverkas av i magnetfältet B uttrycks av: F=qvB, där v är den vinkelräta del av hastighetsvektorn mot magnetfältet. Se sid. 211 – 212 i Heureka! B.

Dessa krafter på rörliga, laddade partiklar i magnetfält kan även användas till att mäta ett magnetfälts styrka på ett ”elektriskt” sätt: nämligen genom det som kallas för Hall-effekt (efter Edwin Hall, som upptäckte den år 1879). Läs om den på sid. 213 i Heureka! B. Resultatet är att den spänning som skapas mellan ändarna på den strömförande plattan är proportionell mot den magnetiska flödestätheten som plattan befinner sig i.

Lektioner v. 42: Krafter på ledare och laddade partiklar i B-fält

Kommentera