Lorentzkraft er kraften som virker på en elektrisk ladning når ladningen beveger seg i et magnetfelt. I Fysikk 2 møter du dette temaet i kapitler om felt og induksjon, fordi det binder sammen elektriske ladninger, magnetiske felt, sirkelbevegelse og energi. Når du forstår lorentzkraft, forstår du også hvorfor ladde partikler kan bøyes i magnetfelt, hvordan partikkelakseleratorer virker, og hvorfor mange teknologiske systemer bruker magnetfelt til å styre bevegelse.
Det viktigste i starten er å skille mellom tre størrelser: ladningen q, farten v og magnetfeltet B. En ladet partikkel som står stille i et magnetfelt, får ikke magnetisk kraft. Den må bevege seg. I tillegg må bevegelsen ha en komponent på tvers av feltet. Derfor handler lorentzkraft ikke bare om å sette tall inn i en formel, men om å lese retningene i situasjonen. Dette er ofte det som skiller en svak besvarelse fra en sterk eksamensbesvarelse.
Slik løser du eksempler systematisk
I eksempeloppgaver er målet ikke bare å få riktig tall, men å vise en metode du kan bruke igjen. Start med å skrive opp det du vet. Deretter skriver du hvilken formel som passer, og hvorfor. Når du har satt inn tall, bør du kontrollere enhetene. Til slutt skriver du en setning som tolker svaret.
For lorentzkraft er det særlig viktig å forklare vinkelen. Hvis oppgaven sier at partikkelen går vinkelrett inn i feltet, kan du bruke den korte formelen. Hvis oppgaven oppgir en annen vinkel, må du ta med sinusleddet. Dette er et typisk sted der elever mister poeng.
Formel og symboler
Den magnetiske delen av lorentzkraften skrives vanligvis slik:
F = qvB sin vinkel
I mange skoleoppgaver står farten vinkelrett på magnetfeltet. Da blir sin 90 grader lik 1, og formelen forenkles til:
F = qvB
Her betyr symbolene:
- F er kraften i newton, N.
- q er ladningen i coulomb, C.
- v er farten i meter per sekund, m/s.
- B er magnetfeltstyrken i tesla, T.
- vinkel er vinkelen mellom fartsretningen og magnetfeltet.
Legg merke til at q kan være positiv eller negativ. I beregninger bruker du ofte absoluttverdien når du finner størrelsen på kraften. Når du bestemmer retningen, må du derimot ta hensyn til fortegnet. En positiv ladning følger høyrehåndsregelen direkte. En negativ ladning, for eksempel et elektron, får kraft i motsatt retning av det høyrehåndsregelen gir for en positiv ladning.
Hvordan bestemmer du retningen?