Fizika | Felsőoktatás » Mágneses erőtér és jellemzői

Mágneses erőtér és jellemzői Egy erőmérő töltést használunk a mágneses hatások jellemzésére. A vizsgálatokból kiderül, hogy a mágneses testek maguk körül erőteret hoznak létre, amelynek ismertető jele az, hogy itt a mozgó töltésekre erő hat. Ez a mágneses erőtér Ha a tér egy adott helyén a mérőtöltés adatait (töltés, sebességvektor) változtatjuk, az alábbi tapasztatokat szerezhetjük: - A mozgó töltésre ható erő arányos a töltés nagyságával, a mozgás sebességének a nagyságával, és mindig merőleges a sebességvektor irányára. - A mozgó töltésre ható erő függ a mozgás irányától, és mindig található egy olyan helyzetű egyenes, amelyen mozogva a töltésre nem hat erő. - Ennek az „erőmentes” egyenesnek az a különlegessége, hogy az ettől eltérő irányban mozgó töltésre ható erő mindig merőleges erre az egyenesre, az erő nagysága pedig arányos a sebességvektor és az „erőmentes” egyenes

által bezárt szög szinuszával. F m ~ v q sin  Ha az arányossági tényezőt B-vel jelöljük: F m = B v q sin  A B tényező nem függ a mérőtöltés adataitól, azt a mágneses teret létrehozó tárgyak határozzák meg. Így a mérés helyén uralkodó mágneses tér jellemzőjének tekinthetjük Az erőhatás teljes leírásához természetesen hozzátartozik az erővektor irányának megadása is. Ennek érdekében jellemezzük az „erőmentes” egyenes helyzetét egy egységvektorral (u 0 ). Tudjuk, hogy a mérőtöltésre ható F m erő merőleges mind a v, mind pedig az u 0 vektorra, ezért vektorszorzatuk egy, az erővel párhuzamos egyenesen van. Válasszuk az u 0 vektor irányt úgy, hogy a v x u 0 vektorszorzat egyirányú legyen a mérőtöltésre ható F m erővektorral. Így: Fm = B q v x u0 A tapasztalat szerint az „erőmenetes” egyenes helyzete sem függ a mérőtöltés adataitól, hanem csak a mágneses teret létrehozó tárgyaktól, a tér

jellemzéséhez szükséges az erő nagyságát befolyásoló B skalár mellett, az erőmenetes egyenes helyzetének ismerete is hozzátartozik. Ezért a mágneses tér jellemzésére a B = B u 0 vektort használjuk, amelyet mágneses indukcióvektornak nevezünk. Ezzel Fm = q v x B Ez a vektoregyenlet az erő nagyságára ugyanazt a kifejezést adja, mint a tapasztalati úton megállapított, ezen túlmenően pedig az erő irányát is megadja. A B vektor a tér adott helyén a következőképpen határozható meg. A q próbatöltést az adott helyen különböző irányokban mozgatva megkeressük az „erőmentes” egyenest. Ezután a töltést ismert v sebességgel mozgatva megmérjük a rá ható F m erőt, és az előbbi egyenlettel összhangban kijelöljük a B vektor irányát. A B vektor nagyságát, az erő nagyságát megadó egyenletből számítjuk ki: B = F m / v q sin  Ha a B vektort a tér adott pontjában már ismerjük, akkor ott bármilyen v sebességgel

mozgó q töltésre ható F m ’ mágneses erő meghatározható: F m ’ = q’ v’ x B Szemben az elektrosztatikus térerősség vektoraival, amelyek a teret keltő töltések felé, vagy azoktól elmutatnak, a B vektorok a teret létrehozó elektromos áramot körülveszik