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.
Øvingsoppgaver med løsningsforslag
Oppgave 1
Et proton beveger seg med farten 1,8 · 10⁶ m/s vinkelrett på et magnetfelt på 0,25 T. Finn lorentzkraften. Bruk protonladningen 1,6 · 10⁻¹⁹ C.
Løsning: Farten er vinkelrett på feltet, så vi bruker F = qvB. Da får vi F = 1,6 · 10⁻¹⁹ · 1,8 · 10⁶ · 0,25 = 7,2 · 10⁻¹⁴ N.
Oppgave 2
Et elektron beveger seg mot høyre i et magnetfelt som peker inn i arket. Hvilken vei virker kraften?
Løsning: Bruk høyrehåndsregelen for positiv ladning først. For positiv ladning ville kraften peke oppover. Elektronet er negativt, derfor peker kraften nedover.
Oppgave 3
Forklar hvorfor farten til en partikkel ikke blir større når den bare påvirkes av magnetisk lorentzkraft.
Løsning: Den magnetiske kraften står vinkelrett på farten. Derfor gjør kraften ikke arbeid på partikkelen. Den endrer retningen, men ikke fartsstørrelsen.
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.