Jeśli przewodnik, w którym płynie stały prąd o natężeniu , umieścimy w jednorodnym polu magnetycznymPole magnetycznepolu magnetycznym o indukcji , to na fragment przewodnika o długości będzie działała siła elektrodynamiczna o wartości:
,
gdzie jest kątem pomiędzy przewodnikiem i liniami pola magnetycznegoLinie pola magnetycznegoliniami pola magnetycznego (zobacz Rys. 1.).
R1SLMAioY3aLZ
Siła elektrodynamiczna skierowana jest prostopadle do płaszczyzny rysunku „od nas”, co symbolicznie pokazane jest na rysunku. Siła przyłożona jest do przewodnika, ale zaczepienie w przewodniku wektora spowodowałoby utratę czytelności rysunku.
Jak wnioskujemy z podanej zależności, wartość siły jest wprost proporcjonalna do wartości natężenia prądu, długości przewodnika i wartości indukcji magnetycznej, ale zależy też od wartości sinusa kąta między przewodnikiem i liniami pola magnetycznego. Gdy przewodnik z prądem ustawiony jest równolegle do linii pola ( = 0 lub = 180°), żadna siła nie działa – sin równy jest wtedy 0. Z kolei siła będzie miała maksymalną wartość, gdy linie pola będą ustawione prostopadle do przewodnika (sin 90° = 1).
Kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej możemy wyznaczyć korzystając z reguły lewej dłoni, przedstawionej na Rys. 2.
R1AtigmJ9kLlc
Jeśli lewą dłoń skierujemy czterema palcami wzdłuż przewodnika w kierunku przepływającego prądu, a linie pola magnetycznego będą „wchodziły” w dłoń, to kciuk pokaże kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej.
Spróbujemy teraz nową wiedzę zastosować do przykładu z ramką rozważanego w tekście wstępnym. Wyznaczymy kierunki sił działających na poszczególne boki ramki. Zobacz Rys. 3.
RvMIsKa7DeudV
Zauważ, że na części ramki położone bliżej nas i dalej od nas siły nie działają (w tym położeniu ramki). Tak jest dlatego, że w tych częściach ramki prądy płyną równolegle do linii pola magnetycznego. Natomiast jeśli ramka się obróci, to siły będą działać. Zostało to przedstawione na Rys. 4.
RF1blJkO9YtkO
Teraz na części ramki położone bliżej nas i dalej od nas siły działają, ale ponieważ ustawione są w płaszczyźnie ramki, nie wpływają na jej obrót.
Słowniczek
Pole magnetyczne
Pole magnetyczne
(ang. magnetic field) – stan przestrzeni charakteryzujący się działaniem siły, zwanej siłą magnetyczną (Lorentza) na poruszający się ładunek umieszczony w tej przestrzeni bądź na obiekt obdarzony momentem magnetycznym; wielkością charakteryzująca pole magnetyczne jest wektor indukcji magnetycznej .
Linie pola magnetycznego
Linie pola magnetycznego
(ang. magnetic line of induction) – poglądowy obraz tego pola. Przebieg linii odzwierciedla układ wektorów indukcji magnetycznej w przestrzeni. W każdym, dowolnym punkcie linii pola zaczepiony jest wektor , styczny do tej linii.