hal-hal yang berjalan dengan baik bersama-sama
Pena dan kertas, selai kacang dan jeli, gembok dan kunci. Ini adalah pasangan klasik. Sepasang fenomena klasik yang berkaitan dengan fisika adalah listrik dan magnet. Dengan kumpulan contoh pertama yang saya berikan, yang satu dapat ada tanpa yang lain, dan mereka pasti tidak menghasilkan satu sama lain, tetapi muatan listrik yang bergerak menghasilkan medan magnet, dan medan magnet yang berubah menghasilkan medan listrik.
Membangkitkan medan magnet
Medan magnet yang dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak dapat dihitung menggunakan Persamaan 1, ditunjukkan di sini:
|
|
- μ atau dengan permeabilitas ruang bebas sama dengan 4π x 10 -7 Tesla-meter-per-ampere (Tm / A)
- q adalah besarnya muatan dalam coulomb (C)
- v adalah kecepatan dalam meter per detik (m/s)
- r adalah jarak dari beban dalam meter (m)
- θ adalah sudut antara arah kecepatan muatan dan jarak ke titik yang bersangkutan
Persamaan ini melibatkan perkalian silang, yaitu cara mengalikan vektor yang menghasilkan vektor yang tegak lurus terhadap kecepatan muatan yang bergerak dan jarak darinya.
Besarnya medan magnet diberikan oleh Persamaan 2, ditunjukkan di sini:
|
|
Karena medan magnet adalah vektor, pasti ada arah yang melekat pada besarnya. Kami menggunakan aturan tangan kanan untuk menentukan arah medan magnet di titik yang dimaksud.
|
|
- Jari telunjuk kanan menunjuk ke arah kecepatan partikel bermuatan.
- Jari tengah kanan menunjuk ke titik di mana medan magnet akan dihitung.
- Ibu jari menunjuk ke arah medan magnet pada titik yang dimaksud.
Titik dan X mewakili alamat.
|
|
Rajah 1 memberikan gambaran medan magnet yang ditimbulkan oleh muatan positif yang bergerak.
|
|
Jika muatan negatif, medan magnet mengarah ke arah yang berlawanan.
Contoh 1
Hitung medan magnet di titik P yang ditimbulkan oleh elektron yang bergerak dengan kecepatan 2 x 10 4 m/s.
Itu selalu merupakan ide bagus untuk menggambar diagram skenario.
|
|
Kami sekarang siap menggunakan Persamaan 2, yang disediakan di atas, untuk menyelesaikan masalah:
|
|
Menggunakan aturan tangan kanan, kami mengarahkan jari kami ke kanan, jari tengah ke atas, yang secara otomatis menyebabkan jempol kanan terlepas dari layar. Ini berarti medan magnet di titik P keluar dari layar.
Dua gaya bekerja pada waktu yang sama
Kita telah belajar dari pelajaran sebelumnya bahwa muatan mengerahkan gaya pada muatan lain melalui medan listrik yang dihasilkannya. Medan magnet juga memberikan gaya pada muatan yang melewatinya selama muatan tidak bergerak sejajar dengan medan magnet. Ketika kedua gaya ini dijumlahkan, kita mendapatkan hukum gaya Lorentz .
gaya listrik
Gaya listrik diberikan oleh Persamaan 3.
|
|
- F adalah gaya dalam newton (N)
- q adalah muatan listrik dalam coulomb (C)
- E adalah medan listrik dalam newton per coulomb (N/C)
Gaya magnet pada muatan listrik
Satu-satunya saat muatan listrik tidak akan merasakan gaya karena medan magnet adalah jika muatan tersebut bergerak langsung sejajar dengan medan magnet atau tidak bergerak di dalam medan.
|
|
Dari informasi ini, kita dapat mengatakan bahwa menghitung gaya magnet pada partikel bermuatan akan melibatkan nilai partikel bermuatan, kecepatannya, dan fungsi sinus karena minimum pada 0 o dan maksimum pada 90 o . Gaya pada muatan bergerak karena medan magnet diberikan dalam Persamaan 4.
|
|
- F dan q sama seperti sebelumnya
- v adalah kecepatan muatan listrik dalam meter per detik (m/s)
- B adalah besarnya medan magnet di tesla (T)
Persamaan 4 adalah perkalian silang hasil kali besar muatan dan kecepatannya dengan besar medan magnet. Kita dapat menulis ulang persamaan ini untuk memberi kita besarnya gaya seperti yang ditunjukkan pada Persamaan 5.
|
|
|
persamaan 5 |
Karena gaya adalah vektor, kita harus menunjukkan arah aksinya. Karena melibatkan perkalian silang, kita harus menggunakan aturan tangan kanan untuk menentukan arah gaya. Ini sedikit berbeda ketika menentukan gaya karena medan magnet.
|
|
Hukum gaya Lorentz dalam semua kemegahan matematisnya diberikan dalam Persamaan 6:
|
|
Contoh
Medan magnet 3,4 x 10 -4 T menunjuk ke 000 o . Medan listrik 5,8 x 10 4 N/C tegak lurus dengan medan magnet yang menunjuk ke layar. Berapa gaya pada proton yang bergerak dengan kecepatan 4,4 x 10 4 m/s dalam medan magnet 90o atau di atas arah medan?
Solusi: Menggambar sketsa skenario memberi kita representasi visual dari masalah tersebut.
|
|
Memasukkan informasi yang diberikan ke dalam persamaan Lorentz, Persamaan 6, kita mendapatkan:
|
|
Medan listrik memaksa proton ke layar. Untuk mendapatkan arah gaya magnet, kita menggunakan aturan tangan kanan. Arahkan jari kanan ke atas, jari tengah menunjuk ke kanan, dan ibu jari menunjuk ke arah layar. Ini berarti gaya magnet proton bekerja di layar. Di layar itu diwakili dalam persamaan kita dengan k hat.
Ringkasan Pelajaran
Muatan listrik yang bergerak menghasilkan medan magnet. Besarnya medan diberikan oleh persamaan ini
|
|
dan aturan tangan kanan membantu menentukan arah medan pada setiap titik relatif terhadap muatan yang bergerak.
Hukum gaya Lorentz adalah jumlah gaya medan listrik pada muatan dan gaya medan magnet pada muatan jika bergerak dalam orientasi apa pun dalam medan magnet yang tidak sejajar dengan medan.
|
|
