magnetfält och krafter

interaktion mellan ett magnetfält och en laddning

hur interagerar magnetfältet med ett laddat objekt? Om laddningen är i vila finns det ingen interaktion. Om laddningen rör sig, utsätts den emellertid för en kraft, vars storlek ökar i direkt proportion med laddningens hastighet. Kraften har en riktning som är vinkelrät både mot laddningens rörelseriktning och mot magnetfältets riktning., Det finns två möjliga exakt motsatta riktningar för en sådan kraft för en given rörelseriktning. Denna uppenbara tvetydighet löses av det faktum att en av de två riktningarna gäller kraften på en rörlig positiv laddning medan den andra riktningen gäller kraften på en rörlig negativ laddning. Figur 3 illustrerar riktningen för den magnetiska kraften på positiva laddningar och på negativa laddningar när de rör sig i ett magnetfält som är vinkelrätt mot rörelsen.,

beroende på den ursprungliga orienteringen av partikelhastigheten till magnetfältet, kommer laddningar med konstant hastighet i ett enhetligt magnetfält att följa en cirkulär eller spiralformad väg.,

elektriska strömmar i ledningar är inte den enda källan till magnetfält. Naturligt förekommande mineraler uppvisar magnetiska egenskaper och har magnetfält. Dessa magnetfält härrör från rörelsen av elektroner i materialets atomer. De härrör också från en egenskap av elektroner som kallas det magnetiska dipolmomentet, vilket är relaterat till enskilda elektroners inneboende spinn. I de flesta material observeras litet eller inget fält utanför frågan på grund av den slumpmässiga orienteringen av de olika beståndsdelarna atomer., I vissa material som järn tenderar emellertid atomer inom vissa avstånd att bli inriktade i en viss riktning.

magneter har många tillämpningar, allt från användning som leksaker och pappershållare på kylskåp i hemmet till väsentliga komponenter i elektriska generatorer och maskiner som kan accelerera partiklar till hastigheter som närmar sig ljusets. Den praktiska tillämpningen av magnetism i teknik förbättras avsevärt genom att använda järn och andra ferromagnetiska material med elektriska strömmar i enheter som motorer., Dessa material förstärker det magnetfält som produceras av strömmarna och därigenom skapar kraftfullare fält.

medan elektriska och magnetiska effekter är väl separerade i många fenomen och applikationer, kopplas de nära tillsammans när det finns snabba tidsfluktuationer. Faradays induktionslag beskriver hur ett tidsvarierande magnetfält producerar ett elektriskt fält. Viktiga praktiska tillämpningar inkluderar elgenerator och transformator. I en generator producerar den fysiska rörelsen hos ett magnetfält el för kraft., I en transformator omvandlas elkraften från en spänningsnivå till en annan genom magnetfältet i en krets som inducerar en elektrisk ström i en annan krets.

förekomsten av elektromagnetiska vågor beror på interaktionen mellan elektriska och magnetiska fält. Maxwell postulerade att ett tidsvarierande elektriskt fält producerar ett magnetfält. Hans teori förutspådde förekomsten av elektromagnetiska vågor där varje gång-varierande fält producerar det andra fältet., Till exempel genereras radiovågor av elektroniska kretsar som kallas oscillatorer som orsakar snabbt oscillerande strömmar att flöda i antenner; det snabbt varierande magnetfältet har ett associerat varierande elektriskt fält. Resultatet är utsläpp av radiovågor i rymden (se elektromagnetisk strålning: generering av elektromagnetisk strålning).

många elektromagnetiska enheter kan beskrivas av kretsar som består av ledare och andra element. Dessa kretsar kan fungera med ett stadigt flöde av ström, som i en ficklampa, eller med tidsvarierande strömmar., Viktiga element i kretsar innefattar kraftkällor som kallas elektromotoriska krafter; motstånd, som styr strömflödet för en given spänning; kondensatorer, som lagrar laddning och energi tillfälligt; och induktorer, som också lagrar elektrisk energi under en begränsad tid. Kretsar med dessa element kan beskrivas helt med algebra. (För mer komplicerade kretselement såsom transistorer, se halvledaranordning och integrerad krets).,

två matematiska mängder associerade med vektorfält, som det elektriska fältet E och magnetfältet B, är användbara för att beskriva elektromagnetiska fenomen. De är flödet av ett sådant fält genom en yta och linjens integral av fältet längs en väg. Flödet av ett fält genom en yta mäter hur mycket av fältet tränger igenom ytan; för varje liten del av ytan är flödet proportionellt mot området för den sektionen och beror också på sektionens och fältets relativa orientering., Linjen integral av ett fält längs en bana mäter i vilken grad fältet är i linje med banan; för varje liten del av banan, är det proportionellt mot längden på den delen och är också beroende av inriktningen av fältet med den delen av banan. När fältet är vinkelrätt mot banan finns det inget bidrag till line integral. Flödena av E och B genom en yta och Line integraler av dessa fält längs en väg spelar en viktig roll i elektromagnetisk teori., Som exempel mäter flödet av det elektriska fältet E genom en sluten yta mängden laddning som finns i ytan; magnetfältets flöde B genom en sluten yta är alltid noll eftersom det inte finns några magnetiska monopoler (magnetiska laddningar som består av en enda pol) för att fungera som källor till magnetfältet på det sätt som laddningen är en källa till det elektriska fältet.