ما الذي يجعل المغناطيس يتنافر؟

قد ترى في بعض الأحيان المغناطيس يتنافر ، وفي أحيان أخرى تراهم يجذبون بعضهم البعض. يمكن أن يؤدي تغيير الشكل والاتجاه بين مغناطيسين مختلفين إلى تغيير الطريقة التي يجذبون بها أو يتنافرون بها.

يمكن أن تمنحك دراسة المواد المغناطيسية بمزيد من التفصيل فكرة أفضل عن كيفية عمل قوة المغناطيس البادئة. من خلال هذه الأمثلة ، يمكنك أن ترى كيف يمكن أن تكون نظريات وعلم المغناطيسية دقيقة وخلاقة.

قوة صد المغناطيس

جذب الأضداد. لشرح سبب تنافر المغناطيس مع بعضها البعض ، سيتم جذب الطرف الشمالي للمغناطيس إلى الجنوب من مغناطيس آخر. الأطراف الشمالية والشمالية لاثنين من المغناطيسات وكذلك الأطراف الجنوبية والجنوبية لمغناطيسين سوف تتنافر مع بعضها البعض. القوة المغناطيسية هي أساس المحركات الكهربائية والمغناطيسات الجذابة للاستخدام في الطب والصناعة والبحث.

لفهم كيفية عمل هذه القوة البغيضة وشرح سبب تنافر المغناطيس لبعضه البعض وجذب الكهرباء ، من المهم دراسة طبيعة القوة المغناطيسية والأشكال العديدة التي تتخذها في الظواهر المختلفة فيها الفيزياء.

القوة المغناطيسية على الجسيمات

لجسيمين مشحونين متحركين مشحونينف1وف2والسرعات الخاصة بكل منها

الخامس1والخامس2مفصولة بمتجه نصف القطرص، القوة المغناطيسية بينهما تعطى بواسطةقانون Biot-Savart​:

F = \ frac {\ mu_0 q_1 q_2} {4 \ pi | r | ^ 2} v_1 \ times (v_2 \ times r)

بحيث×يدل علىالمنتوج الوسيط، موضح أدناه.μ0 = 12.57×10−7 ح / م، وهو ثابت النفاذية المغناطيسية للفراغ. تذكر| r |هي القيمة المطلقة لنصف القطر. تعتمد هذه القوة بشكل وثيق جدًا على اتجاه المتجهاتالخامس1​, ​الخامس2، و ص.

في حين أن المعادلة قد تبدو مشابهة للقوة الكهربائية على الجسيمات المشحونة ، ضع في اعتبارك أن القوة المغناطيسية تستخدم فقط للجسيمات المتحركة. القوة المغناطيسية أيضًا لا تأخذ في الحسباناحتكار مغناطيسي، جسيم افتراضي سيكون له قطب واحد فقط ، شمالي أو جنوبي ، بينما يمكن شحن الجسيمات والأشياء المشحونة كهربائيًا في اتجاه واحد ، موجب أو سالب. هذه العوامل تسبب اختلافات في أشكال القوة للمغناطيسية والكهرباء.

تظهر نظريات الكهرباء والمغناطيسية أيضًا ، إذا كان لديك قطبين مغناطيسي أحادي القطب لا يتحركان ، سيظلون يواجهون قوة بنفس الطريقة التي تحدث بها القوة الكهربائية بين شحنتين حبيبات.

ومع ذلك ، لم يُظهر العلماء أي دليل تجريبي ليخلصوا بيقين وثقة إلى وجود أحادي القطب المغناطيسي. إذا اتضح أنها موجودة بالفعل ، يمكن للعلماء الخروج بأفكار "الشحنة المغناطيسية" بنفس طريقة الجسيمات المشحونة كهربائيًا.

المغناطيسية تصد وتجذب التعريف

إذا كنت تضع في اعتبارك اتجاه المتجهاتالخامس1​, ​الخامس2، وص، يمكنك تحديد ما إذا كانت القوة بينهما جذابة أم مثيرة للاشمئزاز. على سبيل المثال ، إذا كان لديك جسيم يتحرك للأمام في الاتجاه x بسرعةالخامس، إذًا يجب أن تكون هذه القيمة موجبة. إذا تحرك في الاتجاه الآخر ، فيجب أن تكون قيمة v سالبة.

يتنافر هذان الجسيمان إذا كانت القوى المغناطيسية المحددة بواسطة الحقول المغناطيسية بينهما تلغي بعضها البعض عن طريق الإشارة في اتجاهات مختلفة بعيدًا عن بعضها البعض. إذا كانت القوتان تشيران في اتجاهات مختلفة تجاه بعضهما البعض ، فإن القوة المغناطيسية تكون جذابة. القوة المغناطيسية ناتجة عن حركات الجسيمات هذه.

يمكنك استخدام هذه الأفكار لإظهار كيفية عمل المغناطيسية في الأشياء اليومية. على سبيل المثال ، إذا قمت بوضع مغناطيس نيوديميوم بالقرب من مفك براغي فولاذي وحركته لأعلى ولأسفل العمود ثم أزلت المغناطيس ، فقد يحتفظ مفك البراغي ببعض المغناطيسية بداخله. يحدث هذا بسبب المجالات المغناطيسية المتفاعلة بين الجسمين التي تخلق القوة الجذابة عندما يلغي كل منهما الآخر.

ينطبق تعريف الطرد والجذب هذا على جميع استخدامات المغناطيس والمجالات المغناطيسية. تتبع الاتجاهات التي تتوافق مع التنافر والجاذبية.

القوة المغناطيسية بين الأسلاك 

تعني قاعدة اليد اليمنى أنه إذا قمت بلف أصابعك في اتجاه تيار السلك (كما هو موضح بواسطة الأسهم الزرقاء) ، فإن اتجاه المجال المغناطيسي هو الاتجاه الذي يشير إليه إبهامك.

•••سيد حسين أثير

بالنسبة للتيارات التي تحرك الشحنات عبر الأسلاك ، يمكن تحديد القوة المغناطيسية على أنها جذابة أو منفرة بناءً على مواقع الأسلاك فيما يتعلق ببعضها البعض واتجاه التيار التحركات. بالنسبة للتيارات في الأسلاك الدائرية ، يمكنك استخدام اليد اليمنى لتحديد كيفية ظهور الحقول المغناطيسية.

تعني قاعدة اليد اليمنى للتيارات في حلقات الأسلاك أنه إذا وضعت أصابع يدك اليمنى في الاتجاه لحلقة سلكية ، يمكنك تحديد اتجاه المجال المغناطيسي الناتج والعزم المغناطيسي ، كما هو موضح في الرسم التخطيطي في الاعلى. يتيح لك هذا تحديد كيف تكون الحلقات جذابة أو مثيرة للاشمئزاز بين بعضها البعض.

تتيح لك القاعدة اليمنى أيضًا تحديد اتجاه المجال المغناطيسي الذي ينبعث منه التيار في سلك مستقيم. في هذه الحالة ، توجه إبهامك الأيمن في اتجاه التيار عبر السلك الكهربائي. يحدد اتجاه تجعيد أصابع يدك اليمنى اتجاه المجال المغناطيسي؟

من هذه الأمثلة على المجال المغناطيسي الناجم عن التيارات ، يمكنك تحديد القوة المغناطيسية بين سلكين نتيجة لتشكيل خطوط المجال المغناطيسي هذه.

تعريف صد الكهرباء وجذبها

إذا كان اتجاه خطوط المجال المغناطيسي بين جسمين يشير إلى بعضهما البعض في اتجاهين متعاكسين ، فإن الحلقتين الحاليتين سوف تتنافران. إذا أشاروا إلى بعضهم البعض في اتجاهين متعاكسين ، فسوف يجذبون بعضهم البعض.

•••سيد حسين أثير

المجالات المغناطيسية بين حلقات الأسلاك الحالية إما جذابة أو مثيرة للاشمئزاز اعتمادًا على اتجاه التيار الكهربائي واتجاه المجالات المغناطيسية الناتجة عنها. العزم المغناطيسي ثنائي القطب هو قوة واتجاه المغناطيس الذي ينتج المجال المغناطيسي. في الرسم البياني أعلاه ، يظهر التجاذب أو التنافر الناتج هذه التبعية.

يمكنك أن تتخيل خطوط المجال المغناطيسي التي تعطيها هذه التيارات الكهربائية على شكل تجعيد حول كل جزء من حلقة الأسلاك الحالية. إذا كانت تلك الاتجاهات الملتفة بين السلكين في اتجاهين متعاكسين تجاه بعضهما البعض ، فإن الأسلاك تجذب بعضها البعض. إذا كانوا في اتجاهين متعاكسين بعيدًا عن بعضهما البعض ، فإن الحلقات تتنافر.

المغناطيس يصد ويجذب الكهرباء

المعادلة لورنتزيقيس القوة المغناطيسية بين جسيم متحرك في مجال مغناطيسي. المعادلة

F = qE + qv \ مرات ب

بحيثFهي القوة المغناطيسية ،فهي شحنة الجسيم المشحون ،ههو المجال الكهربائي ،الخامسهي سرعة الجسيم ، وبهو المجال المغناطيسي. في المعادلة ، تشير x إلى الضرب التبادلي بينهماqvوب​.

يمكن شرح حاصل الضرب الاتجاهي بالهندسة وإصدار آخر من قاعدة اليد اليمنى. هذه المرة ، تستخدم قاعدة اليد اليمنى كقاعدة لتحديد اتجاه المتجهات في حاصل الضرب الاتجاهي. إذا تحرك الجسيم في اتجاه لا يوازي المجال المغناطيسي ، فسيتنافر الجسيم بواسطته.

تُظهر معادلة لورنتز العلاقة الأساسية بين الكهرباء والمغناطيسية. سيؤدي هذا إلى أفكار حول المجال الكهرومغناطيسي والقوة الكهرومغناطيسية التي تمثل المكونات الكهربائية والمغناطيسية لهذه الخصائص الفيزيائية.

المنتوج الوسيط

تخبرك القاعدة اليمنى أن حاصل الضرب الاتجاهي بين متجهين ،أوب، هو عمودي عليها إذا وجهت إصبعك السبابة الأيمن في اتجاهبوإصبعك الأوسط الأيمن في اتجاهأ. سيشير إبهامك في اتجاهج، المتجه الناتج من الضرب التبادلي لـأوب. المتجهجالمقدار المعطى بمساحة متوازي الأضلاع المتجهاتأوبامتداد.

يتيح لك مخطط حاصل الضرب هذا تصور المتجه الناتج من حاصل الضرب التبادلي بين متجهين.

•••سيد حسين أثير

يعتمد حاصل الضرب الاتجاهي على الزاوية بين المتجهين لأن هذا يحدد مساحة متوازي الأضلاع التي تمتد بين المتجهين. يمكن تحديد حاصل الضرب الاتجاهي لمتجهين على أنه

أ \ مرات ب = | أ || ب | \ خطيئة {\ ثيتا}

لبعض الزاويةθبين النواقلأوب،مع الأخذ في الاعتبار أنه يشير إلى الاتجاه الذي تحدده قاعدة اليمين بينأوب​.

القوة المغناطيسية للبوصلة

يتنافر قطبان شماليان بعضهما البعض ، كما أن قطبين جنوبيين سيتنافران تمامًا مثلما تتنافر الشحنات الكهربائية مع بعضها البعض وتجذب الشحنات المعاكسة بعضها البعض. تتحرك إبرة البوصلة المغناطيسية في البوصلة بعزم دوران ، وهو القوة الدورانية للجسم في الحركة. يمكنك حساب هذا العزم باستخدام حاصل ضرب تقاطع لقوة الدوران ، عزم الدوران ، كنتيجة للعزم المغناطيسي مع المجال المغناطيسي.

في هذه الحالة ، يمكنك استخدام "تاو"

\ tau = م \ مرات ب = | م || ب | \ الخطيئة {\ ثيتا}

أينمهي العزم المغناطيسي ثنائي القطب ،بهو المجال المغناطيسي ، وθهي الزاوية بين هذين المتجهين. إذا حددت مقدار القوة المغناطيسية الناتجة عن دوران جسم في مجال مغناطيسي ، فإن هذه القيمة هي عزم الدوران. يمكنك تحديد العزم المغناطيسي أو قوة المجال المغناطيسي.

نظرًا لأن إبرة البوصلة تحاذي نفسها مع المجال المغناطيسي للأرض ، فإنها ستتجه شمالًا لأن محاذاة نفسها بهذه الطريقة هي أقل حالة طاقة لها. هذا هو المكان الذي تتماشى فيه اللحظة المغناطيسية مع المجال المغناطيسي مع بعضهما البعض وتكون الزاوية بينهما 0 درجة. إنها البوصلة في حالة سكون بعد احتساب جميع القوى الأخرى التي تحرك البوصلة حولها. يمكنك تحديد قوة هذه الحركة الدورانية باستخدام عزم الدوران.

الكشف عن قوة صد المغناطيس

يتسبب المجال المغناطيسي في إظهار المادة للخصائص المغناطيسية ، خاصةً بين عناصر مثل الكوبالت والحديد التي تحتوي على إلكترونات غير متزاوجة تسمح للشحنات بالتحرك وظهور المجالات المغناطيسية. تتيح لك المغناطيسات المصنفة على أنها مغناطيسية أو مغناطيسية تحديد ما إذا كانت القوة المغناطيسية جذابة أو مثيرة للاشمئزاز بواسطة أقطاب المغناطيس.

لا تحتوي Diamagnets على إلكترونات غير زوجية أو لا تحتوي على عدد قليل منها ولا يمكنها ترك الشحنات تتدفق بحرية بسهولة كما تفعل المواد الأخرى. يتم صدهم بواسطة المجالات المغناطيسية. تحتوي المغنطيسات البارامنتية على إلكترونات غير زوجية للسماح بتدفق الشحنات وبالتالي تنجذب إلى المجالات المغناطيسية. لتحديد ما إذا كانت المادة غير مغناطيسية أو شبه مغناطيسية ، حدد كيفية احتلال الإلكترونات للمدارات بناءً على طاقتها فيما يتعلق ببقية الذرة.

تأكد من أن الإلكترونات يجب أن تشغل كل مدار بإلكترون واحد فقط قبل أن تحتوي المدارات على إلكترونين. إذا انتهى بك الأمر مع إلكترونات غير مقترنة ، كما هو الحال مع الأكسجين O2، المادة مغناطيسية. خلاف ذلك ، فهو مغناطيسي ، مثل N.2. يمكنك أن تتخيل هذه القوة الجذابة أو البغيضة كتفاعل ثنائي القطب المغناطيسي مع الآخر.

يتم إعطاء الطاقة الكامنة لثنائي القطب في مجال مغناطيسي خارجي بواسطة المنتج النقطي بين العزم المغناطيسي والمجال المغناطيسي. هذه الطاقة الكامنة

U = -m \ cdot B = - | م || ب | \ cos {\ ثيتا}

للزاويةθبين م وب. يقيس حاصل الضرب النقطي المجموع القياسي الناتج عن ضرب مكونات x لمتجه واحد في مكونات x في متجه آخر بينما يفعل الشيء نفسه لمكونات y.

على سبيل المثال ، إذا كان لديك متجهأ = 2 ط + 3 يوب = 4 ط + 5j ، سيكون حاصل الضرب النقطي الناتج للمتجهين24 + 35 = 23. تشير علامة الطرح في معادلة الطاقة الكامنة إلى أن الإمكانات تُعرَّف بأنها سالبة للطاقات المحتملة الأعلى للقوة المغناطيسية.

  • يشارك
instagram viewer