แรงแม่เหล็กและไดโพลแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กจะออกแรงกระทำต่อประจุเคลื่อนที่และกระแสไฟฟ้า และออกแรงบิดที่จัดเรียงไดโพลแม่เหล็ก

Definition

แรงแม่เหล็กคือส่วนของแรงลอเรนซ์ที่ขึ้นอยู่กับความเร็ว ซึ่งกระทำต่อประจุเคลื่อนที่และกระแสไฟฟ้า; ไดโพลแม่เหล็ก ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยโมเมนต์ไดโพล จะประสบกับแรงบิดที่มีแนวโน้มที่จะจัดเรียงตัวให้เข้ากับสนาม และแรงในสนามที่ไม่สม่ำเสมอ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมส่วนของแรงแม่เหล็กในแรงลอเรนซ์ที่กระทำต่อประจุเคลื่อนที่ แรงและแรงบิดที่กระทำต่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า โมเมนต์ไดโพลแม่เหล็กและพลังงาน แรง และแรงบิดของมันในสนาม รวมถึงสนามที่เกิดจากไดโพล นอกจากนี้ยังรวมถึงเหตุผลที่แรงแม่เหล็กไม่ทำงาน และการประมาณค่าไดโพลสำหรับวงจรกระแสไฟฟ้าที่อยู่ห่างไกล

Core questions

• สนามแม่เหล็กทำให้ประจุเคลื่อนที่และสายไฟที่มีกระแสไฟฟ้าเบี่ยงเบนได้อย่างไร?
• เหตุใดแรงแม่เหล็กจึงไม่ทำงานกับประจุจุด?
• ไดโพลแม่เหล็กตอบสนองต่อสนามที่สม่ำเสมอและไม่สม่ำเสมออย่างไร?

Key concepts

• แรงลอเรนซ์
• การเคลื่อนที่แบบไซโคลตรอน
• แรงบนกระแสไฟฟ้า
• โมเมนต์ไดโพลแม่เหล็ก
• แรงบิดบนไดโพล
• สนามไดโพล

Key theories

แรงลอเรนซ์ (ส่วนของแม่เหล็ก)

ประจุที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจะรู้สึกถึงแรงที่ตั้งฉากกับทั้งความเร็วและสนาม ทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบวงกลมหรือแบบเกลียว; เนื่องจากแรงนี้ตั้งฉากกับความเร็วเสมอ แรงแม่เหล็กจึงไม่ทำงาน

ไดโพลแม่เหล็กในสนาม

วงจรกระแสไฟฟ้ามีพฤติกรรมเหมือนไดโพลแม่เหล็กที่ประสบกับแรงบิดที่จัดเรียงตัวให้เข้ากับสนาม และในสนามที่ไม่สม่ำเสมอ จะมีแรงสุทธิ; สนามที่อยู่ห่างไกลของมันมีรูปแบบไดโพลสากล

Clinical relevance

แรงแม่เหล็กขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวล ไซโคลตรอน และเซ็นเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์ ในขณะที่ปฏิกิริยาของไดโพลแม่เหล็กเป็นพื้นฐานของพฤติกรรมเข็มทิศ การสะท้อนแม่เหล็ก และการจัดเรียงตัวของวัสดุแม่เหล็ก

History

อองเดร-มารี อองแปร์ ได้อธิบายแรงระหว่างกระแสไฟฟ้าในช่วงทศวรรษ 1820 และสร้างแบบจำลองแม่เหล็กว่าเกิดจากกระแสไฟฟ้าหมุนวน แรงที่ขึ้นอยู่กับความเร็วที่กระทำต่อประจุได้รับการอธิบายให้ชัดเจนโดยลอเรนซ์ประมาณปี 1900 ซึ่งทำให้ภาพคลาสสิกที่ต่อมาเรียกว่าแรงลอเรนซ์สมบูรณ์ขึ้น

Key figures

• Hendrik Lorentz
• André-Marie Ampère
• Michael Faraday

Seminal works

• jackson1998
• griffiths2017

Frequently asked questions

เหตุใดแรงแม่เหล็กจึงไม่ทำงาน?

แรงแม่เหล็กที่กระทำต่อประจุจะตั้งฉากกับความเร็วของมันเสมอ ดังนั้นจึงเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่แต่ไม่เปลี่ยนความเร็ว และด้วยเหตุนี้จึงไม่ถ่ายโอนพลังงานไปยังประจุ

โมเมนต์ไดโพลแม่เหล็กคืออะไร?

เป็นเวกเตอร์ที่บ่งบอกลักษณะของวงจรกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กหรือแม่เหล็ก ซึ่งเท่ากับกระแสไฟฟ้าคูณพื้นที่ของวงจรสำหรับวงจร; มันกำหนดแรงบิดที่วัตถุรู้สึกในสนามและความแรงของสนามไดโพลที่มันสร้างขึ้น