13. Siła działająca na przewód z prądem w polu magnetycznym

Przewód z prądem umieszczony w polu magnetycznym doświadcza działania siły magnetycznej. Jest to podstawowa zasada działania silników elektrycznych i wielu innych urządzeń elektromagnetycznych.

Siła działająca na poruszające się ładunki elektryczne w polu magnetycznym to siła Lorentza. Dla pojedynczego ładunku \( q \) poruszającego się z prędkością \( \vec{v} \) w polu magnetycznym o indukcji \( \vec{B} \) siła ta ma postać:

$$ \vec{F} = q \, \vec{v} \times \vec{B} $$

Prąd elektryczny w przewodzie to uporządkowany ruch elektronów, więc całość przewodu jest narażona na działanie sumy sił Lorentza na wszystkie ładunki.

• Dla prostego przewodu o długości \( l \), przez który płynie prąd \( I \), umieszczonego w jednorodnym polu magnetycznym \( \vec{B} \), siła działająca na przewód wynosi:

$$ \vec{F} = I \, \vec{l} \times \vec{B} $$

• Gdzie:
  1. \( I \) — natężenie prądu [A],
  2. \( \vec{l} \) — wektor długości przewodu (kierunek zgodny z przepływem prądu) [m],
  3. \( \vec{B} \) — indukcja pola magnetycznego [T].

• Kierunek siły jest prostopadły zarówno do kierunku prądu, jak i pola magnetycznego (reguła lewej dłoni).
• Wielkość siły można wyrazić wzorem:

$$ F = I \, l \, B \sin \theta $$

gdzie \( \theta \) to kąt między wektorami \( \vec{l} \) i \( \vec{B} \).

• Siła ta jest podstawą działania silników elektrycznych, przetwarzając energię elektryczną na mechaniczną.
• W amperomierzach i innych czujnikach pola magnetycznego.
• W pomiarach siły magnetycznej i badaniu właściwości materiałów przewodzących.

• Przewód z prądem w polu magnetycznym doświadcza siły prostopadłej do kierunku prądu i pola.
• Siła ta jest wynikiem działania siły Lorentza na nośniki ładunku.
• Zależna jest od natężenia prądu, długości przewodu, indukcji pola i kąta między prądem a polem.