Magnetische Kraft bei bewegter Ladung: 7 Fakten & Problemlösung

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Eine magnetische Kraft auf sich bewegende Ladungen in einem Magnetfeld ist nur möglich, weil ein elektrisches Feld vorhanden ist, das durch die Ladungen erzeugt wird, die sich vom positiven Ende zum negativen Ende bewegen.Sehen wir uns nun an, wie Magnetfelder erzeugt werden.

Wenn Strom fließt, entstehen durch die Bewegung elektrischer Ladungen magnetische Felder. Wenn der Atomkern kontinuierlich umkreist, wird die magnetische Kraft auf sich bewegende Ladungen im Magnetfeld bestimmt.Die Kraft auf eine negative Ladung ist in genau die entgegengesetzte Richtung dazu auf eine positive bewegte Ladung.

Grundsätzlich wird, wenn ein Strom über ein Element geleitet wird, ein elektrisches Feld beobachtet. Hier betrachten wir das Element als ein Solenoid, das wiederum erzeugt magnetisches Felds in und um die Region. Diese auf das Ladungsteilchen ausgeübte magnetische Kraft wirkt sich auf jedes Teilchen aus, das in das Feld eintritt.

Es ist bekannt Tatsache, dass ein elektrisches Feld wird durch statische Aufladung erzeugt und wenn ein anderes geladenes Teilchen näher gebracht wird, wird es entweder angezogen oder abgestoßen. Auf diese Weise hat das elektrische Feld also eine Kraft, die auf die im elektrischen Feld vorhandenen Ladungen wirkt.

In ähnlicher Weise gibt es eine magnetische Kraft auf eine sich bewegende Ladung in Magnetfeldern. Hier werden wir uns mit Induktivitäten befassen, um zu zeigen, wie die Kraft auf eine bewegte Ladung im Magnetfeld möglich ist. In einem elektrischen Feld sind es Kondensatoren, die der Grund für die Kraft auf eine sich bewegende Ladung sind.

Wie sich geladene Teilchen im Magnetfeld bewegen

Wir betrachten einen Stromfaden, bei dem elektrischer Strom in einer bestimmten Richtung des Magnetfeldes fließt, das in kreisförmiger Form erzeugt wird. Dieser Faden kann auch ein Solenoid sein.

In diesem Moment dringt eine Ladung mit einer bestimmten Geschwindigkeit in den Magnetfeldbereich ein. Da die magnetischen Feldlinien nicht den elektrische Feldlinie, bilden sie eine Kreisbahn. Die in das Magnetfeld eintretende Ladung bewegt sich ebenfalls auf der Kreisbahn.

Kraft auf eine sich bewegende Ladung auf das Magnetfeld ist der Prozess, der im Wesentlichen passiert, wenn eine Ladung die magnetischen Flusslinien passiert. Die Magnetfelder üben Kräfte durch die magnetische Flusslinie auf eine sich darin bewegende Ladung aus, die zu Null wird, wenn sie parallel zu magnetischen Feldlinien ist.

Force on Moving Charge Formel

Wir wissen sehr gut, wie die Magnetfelder Kräfte auf eine sich bewegende Ladung ausüben, die in die Flusslinien gelangt. Das Magnetfeld steht im rechten Winkel zur bewegten Ladung.

Die magnetische Kraft auf sich bewegende Teilchen in den Magnetfeldern wird bezeichnet mit: F = q VB sineθ.

Versuchen wir, die Ableitung und Implementierung zu verstehen:

Denn die Ladung erfährt keine Änderung ihrer kinetischen Energie, da sich das geladene Teilchen kreisförmig bewegt. Wenn also alles, was eine kreisförmige Bewegung erfährt, keine Verschiebungen hat und die kinetische Energie gleich bleibt.

In Anbetracht dessen werden wir die Formel für die magnetische Kraft auf eine bewegte Ladung im Magnetfeld bestimmen.

Das magnetischer Fluss Linie oder die Magnetfelder werden mit dem Buchstaben B bezeichnet, die Ladung, die in das Magnetfeld eintritt und sich darin bewegt, wird mit dem Buchstaben q bezeichnet. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Ladung im Magnetfeld bewegt, wird mit dem Buchstaben V bezeichnet.

Wenn sich die Ladung im Magnetfeld bewegt, übt das Feld Kräfte auf die Ladung aus. Diese Magnetkraft hängt mit bestimmten Parametern zusammen. Der Parameter für die Kraftgröße ist wie erläutert; sie ist proportional zur Größe der Ladung, zur Größe der Geschwindigkeit der bewegten Ladung und zum Magnetfeld.

Die Kräfte üben durch das Magnetfeld proportional zum Sinus θ aus. Das heißt, θ ist der Winkel, der durch die Geschwindigkeit der Ladung gebildet wird, die sich mit den magnetischen Flusslinien bewegt.

Kraft auf bewegliche Ladungsformel (Erklärungen):

Nun die Formel für Magnetkraft auf bewegte Ladung is F = q VB Sinusθ.

Wie bei der Kraft handelt es sich im Grunde genommen um eine vektorielle Größe mit Betrag und Richtung. Die oben erwähnte Formel wird verwendet, um die Größe der Kraft zu berechnen. Die Richtung der Magnetkraft ist die Richtung der Ladung, die sich im Magnetfeld bewegt.

Die Richtung der magnetischen Ladung, die sich innerhalb des Magnetfelds bewegt, steht im rechten Winkel sowohl zur Geschwindigkeit als auch zum Magnetfeld. Die Formel für diese Bedingung lautet F = q VB Sinus θ an.

Wenn also die Bewegung der Ladung rechtwinklig zu der ist Geschwindigkeit und Magnetfeld Die Formel wird überarbeitet und als angegeben F = q (VXB). Weil θ zu 90⁰ wird und Sinus 90⁰ gleich eins ist.

Somit ist die Formel für die magnetische Kraft auf bewegte Ladung im Magnetfeld durch drei verschiedene Bedingungen gegeben und kann entsprechend den gestellten Aufgaben verwendet werden.

Bewegte Ladung in einer gleichförmigen Magnetfeldableitung

Ein gleichmäßiges Magnetfeld entsteht, wenn ein stromdurchflossener Magnet mit elektrischem Strom durchflossen wird. Dies lässt sich leicht mit der Right-Hand-Daumen-Regel erklären oder auch als Lorentz-Kraft bezeichnet.

Die oben erwähnte Formel wird verwendet, um die magnetische Kraft zu berechnen, die auf die Ladung ausgeübt wird, die sich innerhalb des Magnetfelds bewegt.

Die rechte Daumenregel ist definiert als; der Daumen gibt die Richtung der Geschwindigkeit an, der Zeigefinger die Richtung des Magnetfelds (B) und der Mittelfinger die Richtung der resultierenden Kraft.

Die rechte Daumenregel ist auch als Lorentzkraft bekannt. Die Formel der Lorentzkraft lautet F = q VB Sinus θ. Dabei ist q die Ladung im Magnetfeld, V die Geschwindigkeit, B das Magnetfeld und θ der Winkel zwischen Geschwindigkeit und Magnetfeld.

Nullkraft auf bewegte Ladung:

Es ist mittlerweile bekannt, dass die Ladung, die sich im Magnetfeld bewegt, eine Kreisbewegung erfährt. Die darauf wirkende Kraft hat ein anderes Ergebnis als die herkömmliche.

Wenn elektrischer Strom in einem Solenoid vorhanden ist, wird schließlich ein Magnet erzeugt. Die Flusslinien befinden sich in einer kreisförmigen Bewegung, dh sie werden um den Elektromagneten herum erzeugt.

Wenn sich also eine Ladung innerhalb des Bereichs des Magnetfelds bewegt, folgt sie der Richtung der magnetischen Flusslinien. Im Inneren entsteht schließlich eine Kreisbewegung. Die Ladung bewegt sich in die gleiche Richtung und hat dann keine Änderung der kinetischen Energie.

Da es im gesamten System keine Verschiebung gibt, wird die Kraft als Null bezeichnet. Der Grund dafür ist, dass sich die Ladung in Richtung der magnetischen Flusslinien immer weiter im Kreis bewegt.

Die Geschwindigkeit, mit der sich die Ladung im Magnetfeld bewegt, ist parallel zum Magnetfeld. Die magnetische Kraft auf die bewegte Ladung wird also schließlich Null sein.

Bewegt sich eine Ladung gleich parallel in die gleiche Richtung des Magnetfelds, dann ist die magnetische Kraft, die auf dieses bestimmte Magnetfeld wirkt, Null.

Im Wesentlichen ist die an der Ladung in einem Magnetfeld verrichtete Arbeit Null oder minimal. Wenn in einem Magnetfeld gesagt wird, dass die kinetische Energie der Ladung Null ist, gehorcht das System dem Arbeitsenergiesatz.

Wenn hier in diesem Fall die Magnetkraft senkrecht zur Geschwindigkeit wird, ändert sich die Richtung möglicherweise nicht, aber die Größe ändert sich. Das auf die Ladung ausgeübte Wort ist also Null, wodurch die auf die Ladung wirkende Kraft ebenfalls Null wird.

Richtung der bewegten Ladung im Magnetfeld:

Die von einer bewegten Ladung erzeugte Magnetfeldrichtung ist senkrecht zur Bewegungsrichtung des geladenen Teilchens. Daher ist die aufgrund eines Magnetfelds erzeugte Magnetkraft senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bewegung und Geschwindigkeit des geladenen Teilchens.

Probleme und Lösungen:

Aufgabe 1: Stellen Sie sich eine Ladung vor, die sich mit einer Geschwindigkeit von 3 x 106 m/s in nördlicher Richtung bewegen soll. eine Stärke von 4.0 T wird in westlicher Richtung wirken. Berechnen Sie nun die Größe der Kraft auf eine bewegte Ladung im Magnetfeld? [Die Ladung, die sich im Magnetfeld bewegt, ist das Proton].

magnetische Kraft auf bewegte Ladung im Magnetfeld

Lösung:

Betrachten wir die Faustregel für die rechte Hand. Die aus der Hand kommende Kraft ist die magnetische Kraft auf bewegte Ladung.

Größe der Kraft is F = q VB Sinusθ

F = (1.6 x 10-19C x 3 x 106 x 4 T x Sinus 90⁰)

F = 1.92 x 10-12 N

Aufgabe 2: Berechnet das Erdmagnetfeld, wenn sich die positive bewegte Ladung im System mit einer Geschwindigkeit von 2 x 105 m/s in nördlicher Richtung bewegt und die Größe der auf sie wirkenden Kraft 1.2 x 10-13 N in westlicher Richtung beträgt.

Lösung:

Formel ist F = q VB Sinus θ

B = F / (qx V x Sinus θ)

B = (1.2 x 10-13) / (2 x 105 x 1.6 x 10-19 x Sinus 90⁰)

B = 3.75 T

Daher ist nun klar, dass die magnetische Kraft auf bewegte Ladung andere Bedingungen als die Erklärung und die Formeln hat.

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