magnetische velden en krachten

interactie van een magnetisch veld met een lading

hoe interageert het magnetisch veld met een geladen object? Als de lading in rust is, is er geen interactie. Als de lading echter beweegt, wordt deze onderworpen aan een kracht, waarvan de grootte in directe verhouding met de snelheid van de lading toeneemt. De kracht heeft een richting die loodrecht staat op zowel de bewegingsrichting van de lading als op de richting van het magnetisch veld., Er zijn twee mogelijke precies tegenovergestelde richtingen voor een dergelijke kracht voor een bepaalde bewegingsrichting. Deze schijnbare dubbelzinnigheid wordt opgelost door het feit dat een van de twee richtingen van toepassing is op de kracht op een bewegende positieve lading, terwijl de andere richting van toepassing is op de kracht op een bewegende negatieve lading. Figuur 3 illustreert de richtingen van de magnetische kracht op positieve ladingen en op negatieve ladingen als ze bewegen in een magnetisch veld dat loodrecht staat op de beweging.,

afhankelijk van de initiële oriëntatie van de deeltjessnelheid naar het magnetische veld, volgen ladingen met een constante snelheid in een uniform magnetisch veld een cirkelvormig of spiraalvormig pad.,

elektrische stromen in draden zijn niet de enige bron van magnetische velden. Natuurlijk voorkomende mineralen vertonen magnetische eigenschappen en hebben magnetische velden. Deze magnetische velden zijn het gevolg van de beweging van elektronen in de atomen van het materiaal. Ze zijn ook het gevolg van een eigenschap van elektronen genaamd het magnetische dipoolmoment, die gerelateerd is aan de intrinsieke spin van individuele elektronen. In de meeste materialen, weinig of geen veld wordt waargenomen buiten de materie vanwege de willekeurige oriëntatie van de verschillende samenstellende atomen., In sommige materialen zoals ijzer, echter, atomen binnen bepaalde afstanden de neiging om uitgelijnd in een bepaalde richting.

magneten hebben talrijke toepassingen, variërend van het gebruik als speelgoed en papierhouders op koelkasten thuis tot essentiële onderdelen in elektrische generatoren en machines die deeltjes kunnen versnellen tot snelheden die die van licht benaderen. De praktische toepassing van magnetisme in technologie wordt sterk verbeterd door het gebruik van ijzer en andere ferromagnetische materialen met elektrische stromen in apparaten zoals motoren., Deze materialen versterken het magnetische veld dat door de stromen wordt geproduceerd en creëren daardoor krachtigere velden.

hoewel elektrische en magnetische effecten in veel verschijnselen en toepassingen goed gescheiden zijn, zijn ze nauw met elkaar verbonden wanneer er snelle tijdschommelingen zijn. Faraday ‘ s inductiewet beschrijft hoe een magnetisch veld een elektrisch veld produceert. Belangrijke praktische toepassingen zijn de elektrische generator en transformator. In een generator produceert de fysieke beweging van een magnetisch veld elektriciteit voor stroom., In een transformator wordt het elektrische vermogen van het ene spanningsniveau naar het andere omgezet door het magnetische veld van een circuit dat een elektrische stroom in een ander circuit induceert.

het bestaan van elektromagnetische golven hangt af van de interactie tussen elektrische en magnetische velden. Maxwell stelde dat een elektrisch veld met tijdsafhankelijke variaties een magnetisch veld produceert. Zijn theorie voorspelde het bestaan van elektromagnetische golven waarin elk keer-variërend veld het andere veld produceert., Radiogolven worden bijvoorbeeld gegenereerd door elektronische circuits die bekend staan als oscillatoren die snel oscillerende stromen veroorzaken in Antennes; het snel variërende magnetische veld heeft een bijbehorende variërend elektrisch veld. Het resultaat is de emissie van radiogolven in de ruimte (zie elektromagnetische straling: generatie van elektromagnetische straling).

veel elektromagnetische apparaten kunnen worden beschreven met behulp van circuits die bestaan uit geleiders en andere elementen. Deze circuits kunnen werken met een gestage stroom, zoals in een zaklamp, of met tijd variërende stromen., Belangrijke elementen in circuits zijn energiebronnen genoemd elektromotorische krachten; weerstanden, die de stroomstroom voor een bepaalde spanning te regelen; condensatoren, die lading en energie tijdelijk op te slaan; en smoorspoelen, die ook elektrische energie op te slaan voor een beperkte tijd. Circuits met deze elementen kunnen volledig met algebra worden beschreven. (Zie voor meer gecompliceerde schakelingselementen zoals transistors halfgeleiderelementen en geïntegreerde schakelingen).,

twee wiskundige grootheden geassocieerd met vectorvelden, zoals het elektrische veld E en het magnetische veld B, zijn nuttig voor het beschrijven van elektromagnetische verschijnselen. Ze zijn de flux van zo ‘ n veld door een oppervlak en de lijnintegraal van het veld langs een pad. De flux van een veld door een oppervlak meet hoeveel van het veld door het oppervlak doordringt; voor elk klein deel van het oppervlak is de flux evenredig met de oppervlakte van dat deel en hangt ook af van de relatieve oriëntatie van het deel en het veld., De lijnintegraal van een veld langs een pad meet de mate waarin het veld is uitgelijnd met het pad; voor elk klein deel van het pad is het evenredig met de lengte van dat deel en is ook afhankelijk van de uitlijning van het veld met dat deel van het pad. Wanneer het veld loodrecht op het pad staat, is er geen bijdrage aan de lijnintegraal. De fluxen van E en B door een oppervlak en de lijnintegralen van deze velden langs een pad spelen een belangrijke rol in de elektromagnetische theorie., Bijvoorbeeld, de flux van het elektrische veld E door een gesloten oppervlak meet de hoeveelheid lading in het oppervlak; de flux van het magnetische veld B door een gesloten oppervlak is altijd nul omdat er geen magnetische monopolen (magnetische ladingen bestaande uit een enkele Pool) om te fungeren als bronnen van het magnetische veld in de manier waarop lading een bron van het elektrische veld is.