Przewodnik z prądem w polu magnetycznym doświadcza siły elektrodynamicznej. Ta siła jest wynikiem interakcji pomiędzy polem magnetycznym wytworzonym przez prąd płynący w przewodniku a zewnętrznym polem magnetycznym, w którym przewodnik się znajduje.
Kierunek siły jest prostopadły zarówno do kierunku prądu, jak i do kierunku pola magnetycznego. Można go określić za pomocą reguły lewej dłoni: jeśli palce lewej dłoni wskazują kierunek prądu, a linie pola magnetycznego wchodzą w dłoń, to kciuk wskazuje kierunek siły elektrodynamicznej.
Wartość siły jest proporcjonalna do: natężenia prądu (I), długości przewodnika znajdującego się w polu magnetycznym (l), indukcji pola magnetycznego (B), i sinusa kąta (α) pomiędzy kierunkiem prądu a kierunkiem pola magnetycznego. Matematycznie, siłę F można wyrazić wzorem: F = B * I * l * sin(α).
Must Read
Jeśli przewodnik jest równoległy do pola magnetycznego (α = 0° lub 180°), to siła elektrodynamiczna jest równa zero, ponieważ sin(0°) = sin(180°) = 0. Największa wartość siły jest osiągana, gdy przewodnik jest prostopadły do pola magnetycznego (α = 90°), wtedy sin(90°) = 1.
Przykład 1: Prosty przewodnik o długości 0.5 metra przewodzi prąd o natężeniu 2 A. Jest umieszczony w polu magnetycznym o indukcji 0.8 T, prostopadle do linii pola. Siła działająca na przewodnik wynosi: F = 0.8 T * 2 A * 0.5 m * sin(90°) = 0.8 N.
Przykład 2: Ten sam przewodnik, co w poprzednim przykładzie, jest teraz ustawiony pod kątem 30 stopni do linii pola magnetycznego. Siła działająca na przewodnik wynosi: F = 0.8 T * 2 A * 0.5 m * sin(30°) = 0.8 T * 2 A * 0.5 m * 0.5 = 0.4 N. Siła jest mniejsza niż w przypadku prostopadłego ustawienia.
W przypadku kilku przewodników umieszczonych blisko siebie, na każdy z nich działa siła wytworzona przez pole magnetyczne generowane przez pozostałe przewodniki. Przewodniki, przez które płynie prąd w tym samym kierunku, przyciągają się. Przewodniki, przez które płynie prąd w przeciwnych kierunkach, odpychają się.
Zjawisko działania siły elektrodynamicznej jest wykorzystywane w wielu urządzeniach elektrycznych, między innymi w silnikach elektrycznych. W silnikach prąd płynący przez uzwojenia wirnika (element obrotowy) w polu magnetycznym wytwarza siłę elektrodynamiczną, która wprawia wirnik w ruch obrotowy. Wykorzystywane jest również w głośnikach, gdzie siła elektrodynamiczna działająca na cewkę przymocowaną do membrany powoduje jej drgania i wytwarzanie dźwięku.
Zrozumienie działania przewodnika z prądem w polu magnetycznym jest kluczowe w wielu dziedzinach inżynierii elektrycznej i fizyki.
