7.1 Magneettinen vuorovaikutus

Yhteenveto

Magneettikenttä

  • Kestomagneettien, sähköjohtimien ja liikkuvien varattujen hiukkasten ympärillä on magneettikenttä. Kentän voimakkuutta kuvataan vektorisuureella magneettivuon tiheys, [[$ \bar B $]]​, yksikkö T (tesla).
  • Sauvamagneetin kenttä suuntautuu pohjoiskohtiosta ulospäin ja eteläkohtion sisään. Kenttäviivat ovat sulkeutuvia käyriä.
  • Virtajohtimen ympärillä on magneettikenttä, jonka suunta ilmenee oikean käden säännöstä. Pitkä johdin synnyttää magneettivuon tiheyden: ​[[$ \quad B=\dfrac {\mu_0}{2\pi}\dfrac {I}{r} $]]
    • I on johtimen sähkövirta ja r etäisyys johtimesta. [[$ \mu_0 $]]​ on tyhjiön permeabiliteetti, jonka arvo on [[$ \mu_0=4\pi \cdot 10^{-7} \frac{\text{T}\cdot \text{m}}{\text{A}} $]]
  • Käämin sisään muodostuu homogeeninen magneettikenttä, jonka suunta noudattaa oikean käden sääntöä.

Oikean käden sääntö virtajohtimessa ja käämissä. 

Magneettiset voimat

  • Homogeenisessa magneettikentässä virtajohtimeen kohdistuu voima [[$F=IlB \sin \alpha$]]
    • I on johtimen sähkövirta, l sen pituus, B magneettivuon tiheys ja [[$\alpha$]] johtimen ja kentän välinen kulma.
  • Magneettikentässä liikkuvaan varattuun hiukkaseen kohdistuu magneettinen voima [[$F=QvB \sin \alpha$]]:
    • Q on hiukkasen sähkövaraus, v sen nopeus, B magneettivuon tiheys ja [[$\alpha$]] nopeuden ja kentän välinen kulma.
  • Virtajohtimeen tai positiivisesti varattuun hiukkaseen kohdistuvan voiman suunta voidaan päätellä oikean käden säännöllä. Negatiivisesti varattuun hiukkaseen kohdistuvan voiman suunta on päinvastainen.
  • Kahden yhdensuuntaisen virtajohtimen välillä on voima​ [[$ \quad F=\dfrac {\mu_0}{2\pi}\dfrac {I_1 I_2}{r}l $]]:
    • [[$ \mu_0 $]]​ on tyhjiön permeabiliteetti, [[$ I_1 $]]​ ja [[$ I_2 $]] johtimien sähkövirrat, [[$ r $]]​ johtimien välinen etäisyys ja [[$ l $]]​ johtimien pituus.
    • Johtimet vetävät toisiaan puoleensa, mikäli niiden sähkövirrat ovat samansuuntaiset. Jos virrat ovat vastakkaissuuntaiset, voima on hylkivä.
  • Käämiin kohdistuu homogeenisessa magneettikentässä vääntömomentti, joka riippuu käämin asennosta suhteessa kenttään. Käämiin kohdistuva kokonaisvoima on nolla.

Positiivisesti varattuun hiukkaseen kohdistuvan voiman suunta voidaan päätellä oikean käden säännöllä. Negatiivisesti varattuun hiukkaseen kohdistuvan voiman suunta on päinvastainen.