Magnetická síla je základním pojmem, který se týká magnetů a magnetických polí. Podobně jako gravitační pole působí gravitační síla na hmotné objekty a elektrické pole působí elektrickou silou na náboje, magnetické pole působí magnetickou silou na magnety a vodiče s proudem.

S magnetickou silou se setkáváme nejen v laboratořích, ale i v každodenním životě. Magnetická síla mezi dvěma magnety je základním jevem, který nám umožňuje používat magnety k různým účelům. Velikost této síly závisí na vlastnostech magnetů a jejich vzájemné vzdálenosti.

Charles Coulomb provedl pokusy, které vedly ke stanovení vztahu mezi magnetickou silou a vzdáleností mezi magnety. Jeho výzkum ukázal, že odpudivá nebo přitažlivá síla mezi dvěma magnetickými póly je nepřímo úměrná druhé mocnině jejich vzdálenosti. To znamená, že čím jsou magnety blíže k sobě, tím je magnetická síla silnější. Tento vztah byl později formalizován a nazývá se Coulombovým zákonem pro magnetické pole.

Kde:

·         F je elektrostatická síla mezi dvěma náboji.

·         k je Coulombova konstanta, která má hodnotu 8.988×10⁹ N⋅m²⋅C⁻²

·         q₁  a q₂  jsou velikosti nábojů

·         r je vzdálenost mezi náboji

Tato rovnice nám umožňuje vypočítat sílu působící na náboj, pokud známe jeho rychlost, velikost náboje a magnetické pole, ve kterém se pohybuje.

Magnetická síla rovnice

Určení magnetické síly je základním principem v oblasti elektromagnetismu a je důležité pro pochopení chování magnetických polí a pohybujících se nábojů. Magnetická síla mezi dvěma náboji nebo nábojem a magnetickým polem je dána Lorentzovou silovou rovnicí:

Kde:

·         F je magnetická síla na náboj

·         q je velikost náboje

·         v  je rychlost náboje

·         B je magnetické pole

Tato rovnice nám umožňuje vypočítat sílu působící na náboj, pokud známe jeho rychlost, velikost náboje a magnetické pole, ve kterém se pohybuje.

Velikost magnetické síly můžeme vyjádřit takto:

F=qvBsin(θ)

Kde:

·         F je velikost magnetické síly

·         q je velikost náboje

·         v je rychlost náboje

·         B je velikost magnetického pole

·         θ je úhel mezi směrem rychlosti náboje a směrem magnetického pole

Směr magnetické síly

Směr síly můžeme určit pomocí pravidla pravé ruky. To znamená, že pokud položíte pravou ruku tak, aby prsty ukazovaly směrem rychlosti náboje a zároveň palec ukazoval směr magnetického pole, pak směr, kterým vystupuje ukazovák, určuje směr magnetické síly působící na náboj. Pro záporný náboj (např. elektron) použijete levou ruku.

Je důležité si uvědomit, že směr síly je vždy kolmý k rovině tvořené rychlostí náboje a směrem magnetického pole.

Dalším způsobem, jak vzniká magnetická síla, je prostřednictvím vodičů s elektrickým proudem. Když elektrický proud prochází vodičem, vytváří se kolem něj magnetické pole. Toto pole je základem funkce elektromotorů, generátorů a dalších elektrotechnických zařízení.

Abychom mohli změřit tuto sílu, využíváme Ampérův zákon, který nám umožňuje určit sílu působící mezi vodičem s proudem a jinými magnety nebo vodiči s proudem.

∮B⋅dl=μ₀​⋅I_enc

Směr této síly je určen Flemingovým pravidlem levé ruky, které nám říká, že směr síly je kolmý na směr proudu a orientaci magnetických indukčních čar.

Flemingovo pravidlo pravé ruky je pravidlo používané k určení směru síly nebo momentu síly v důsledku pohybu náboje v magnetickém poli. Existují dvě hlavní varianty Flemingova pravidla pravé ruky, jedna pro určení směru síly a druhá pro určení směru momentu síly (torque).

Magnetická síla v praxi

Jedním z příkladů je funkce starších televizních obrazovek, známých jako CRT (Cathode Ray Tube). Tyto obrazovky používají magnetickou sílu k ohybu dráhy elektronů tak, aby vytvářely obraz na obrazovce. Magnetické pole vytvořené cívkami na okraji trubice zakřivuje dráhu elektronů, čímž vytváří různé světelné body na obrazovce.

Dalším příkladem je využití magnetické síly v elektrických motorech a generátorech. Elektromotory přeměňují elektrickou energii na mechanickou energii, zatímco generátory provádějí opačný proces, přeměňují mechanickou energii na elektrickou energii. Magnetická síla je zde základním prvkem, který umožňuje pohyb a generování elektrického proudu.