자석은 움직이는 전하 빔을 휘게 할 수 있다
- 구형 TV 튜브(cathode ray tube)에서 자석은 전자 빔을 조종하여 화면에 그림을 그리게 한다.
- 자기장은 움직이는 전하를 잡아서 옆으로 밀어낸다.
- 이 힘은 특이하다: 운동 방향과 자기장 방향 모두에 수직(perpendicular) 으로 작용한다.
- 이러한 옆방향의 자기력은 모터, 질량 분석기(mass spectrometers), 입자 검출기에 활용된다.
전하에 작용하는 자기력
- 전하량 $q$의 입자가 속도 $v$로 자기장 $B$를 가로지러 이동할 때, 힘 $F = qvB$을 받는다.
- 이 힘은 속도와 자기장 양쪽에 수직이다.
- 자기장 선과 ** 평행**으로 이동하는 전하에는 아무런 힘이 작용하지 않는다.
- 전하가 자기장에 대해 수직(right angles) 으로 이동할 때 힘이 가장 크다.
공간 내의 장
자석이 만드는 자기장을 보십시오 — 이동 전하가 절단할 자기장입니다.
$2\ \text{C}$ 전하가 $3\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ 속도로 $4\ \text{T}$ 자기장(수직) 내에서 움직일 때, 받는 힘은 $\text{N}$ 단위로 몇 N입니까?
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$F = qvB = 2 \times 3 \times 4 = 24\ \text{N}$.
이동 전하에 작용하는 자기력의 방향은:
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힘은 속도와 장 모두에 수직입니다.
자기력선을 정확히 따라 이동하는 전하가 받는 힘은:
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장 방향으로 이동하면 옆으로 미끄러지는 힘이 없으며, 힘은 장을횡단하는 운동이 필요합니다.
오른손 법칙
- 오른손 손가락을 $v$ 방향으로 뻗고, 손가락을 $B$ 쪽으로 말아 올립니다. 엄지손가락이 가리키는 방향이 힘의 방향입니다 (양전하 기준).
- 음전하의 경우, 힘의 방향은 반대입니다.
- 힘은 항상 측방(수직)으로 작용하므로 전하의 방향만 바꾸고 속도는 변화시키지 않습니다.
- 따라서 균일한 장을 가로질러 이동하는 전하는 원을 그리며 움직입니다.
운동에 수직하게 작용하므로, 자기력은 ____을 하지 않습니다.
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수직 힘은 일을 하지 않으므로 속도는 변하지 않습니다.
장 내에서의 원운동
- 측방 힘은 원심력으로 작용하여 궤적을 원형으로 휘게 만듭니다.
- 더 빠른 전하나 약한 장에서는 더 큰 원을 그립니다.
- 이 원리를 이용해 질량 분광기는 입자를 질량과 전하에 따라 분리합니다.
- 자기력은 일을 하지 않습니다(운동 방향과 수직이므로), 따라서 속도는 일정하게 유지됩니다.
자기장 내에 정지한 전하에는 자기력이 작용하지 않습니다.
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자기력은 운동을 필요로 함: $F = qvB$는 $v = 0$일 때 0입니다.
전하에 작용하는 자기력에 대한 모든 참인 진술을 선택하십시오.
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힘은 운동을 필요로 하고 수직이며 경로를 원형으로 굽히지만 일을 하지 않으므로 속도를 절대 변경하지 않습니다.
자기력이 작용하려면 전하가 이동하고 있어야 합니다 — 정지한 전하에는 자기력이 작용하지 않습니다. 또한 힘은 속도에 수직하므로 일을 하지 않으며, 전하의 속도를 변경하지 않고 방향만 바꿉니다.
전하량 $q = 2\ \text{C}$이 $v = 3\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$의 속도로 $B = 4\ \text{T}$의 자기장을 가로질러(수직으로) 이동합니다.
- $F = qvB = 2 \times 3 \times 4 = 24\ \text{N}$는 운동 방향과 수직입니다.
속도를 장 따로 맞추면 힘은 제로가 됩니다.
자기장 내에서 이동하는 전하는速度와 장 모두에 수직인 힘 $F = qvB$를 받습니다 (오른손 법칙 사용). 장 따로 이동하는 전하에는 힘이 작용하지 않습니다. 힘은 일을 하지 않습니다 — 궤적을 원형으로 휘게 만들지만 속도는 변하지 않습니다.