Preskočiť na obsah
Späť na kurz

Magnetická sila

Sila magnetického poľa na vodič s prúdom

Keď do magnetického poľa vložíme vodič, ktorým tečie prúd, pole naň pôsobí silou. Nazýva sa magnetická sila Fm→\overrightarrow{F_m}.

Uvažujme homogénne pole medzi pólmi podkovovitého magnetu. Hore je severný pól, dole južný a medzi nimi vedú rovnobežné indukčné čiary B→\overrightarrow{B} zo severu na juh. Medzi póly je vložený vodič pripojený na zdroj. Vo vodiči sa pohybujú elektróny, dohodou však označujeme smer prúdu II opačne, teda od plusu zdroja cez vodič k mínusu.

Keďže vodičom tečie prúd a vodič je v magnetickom poli, pôsobí naň sila. Jej smer určíme Flemingovým pravidlom ľavej ruky: ukazovák smeruje v smere B→\overrightarrow{B}, prostredník v smere prúdu II a palec udáva smer sily Fm→\overrightarrow{F_m}. Sila je kolmá na pole aj na prúd.

Veľkosť sily

Veľkosť sily určuje vzťah:

Fm=B⋅I⋅ℓ⋅sin⁡αF_m = B \cdot I \cdot \ell \cdot \sin\alpha

kde:

  • BB je veľkosť magnetickej indukcie,

  • II je prúd vo vodiči,

  • ℓ\ell je dĺžka tej časti vodiča, ktorá je v poli,

  • α\alpha je uhol medzi vodičom a smerom B→\overrightarrow{B}

Sila teda závisí od štyroch veličín: od indukcie BB, od prúdu II, od dĺžky ℓ\ell a od uhla α\alpha.

Schéma podkovovitého magnetu so severným pólom vľavo a južným pólom vpravo. Medzi pólmi vedú vodorovné indukčné čiary poľa B smerujúce od severného k južnému pólu. V poli je vodič, ktorým prúd I smeruje von z roviny obrázka. Magnetická sila F pôsobí na vodič kolmo na pole aj na prúd, smerom nahor. Vzťah pre veľkosť sily je F = B krát I krát dĺžka vodiča krát sínus uhla alfa.

Závislosť od uhla

Kľúčový je člen sin⁡α\sin\alpha. Ak vodič zviera s indukčnými čiarami uhol 90°90°, platí sin⁡90∘=1\sin 90^\circ = 1 a sila je maximálna. Vodič v poli však nemusí byť vždy kolmý. Pri jeho natočení sa sila mení podľa sínusu uhla. Rozlišujeme tri typické polohy:

  • α=90∘\alpha = 90^\circ, vodič je kolmý na B→\overrightarrow{B}, platí sin⁡α=1\sin\alpha = 1 a sila je maximálna.

  • α\alpha medzi 0°0° a 90°90°, napríklad 30°30° alebo 60°60°, vodič je šikmo a sila má hodnotu medzi nulou a maximom.

  • α=0∘\alpha = 0^\circ alebo 180°, vodič je rovnobežný s indukčnými čiarami, platí sin⁡α=0\sin\alpha = 0 a sila je nulová. Vodič v tejto polohe nepociťuje žiadnu silu.

Graf závislosti magnetickej sily od uhla alfa medzi vodičom a poľom, podľa vzťahu F = B krát I krát dĺžka krát sínus alfa. Krivka má tvar sínusovky: pri nula stupňoch je sila nulová, pri deväťdesiatich stupňoch dosahuje maximum a pri stoosemdesiatich stupňoch je opäť nulová.

Druhá podoba Flemingovho pravidla

Flemingovo pravidlo má aj alternatívnu verziu. Namiesto troch kolmých prstov natočíme celú ľavú ruku: dlaň je otočená tak, aby do nej vstupovalo pole B→\overrightarrow{B}, štyri natiahnuté prsty ukazujú smer prúdu II a palec ukazuje smer sily Fm→\overrightarrow{F_m}. Obidve verzie dávajú rovnaký výsledok.

Toto pravidlo je základom fungovania elektromotorov a reproduktorov. Keď cievkou v magnetickom poli tečie prúd, na cievku pôsobia sily, ktoré ju roztáčajú.

Dôležité je nezamieňať pravidlá. Pre Ampérovo pravidlo, ktoré určuje smer poľa okolo vodiča, používame pravú ruku. Pre Flemingovo pravidlo sily používame ľavú ruku.