Понякога може да видите как магнитите се отблъскват, а друг път - да ги привличат. Промяната на формата и ориентацията между два различни магнита може да промени начина, по който те се привличат или отблъскват.
По-подробното изучаване на магнитните материали може да ви даде по-добра представа за това как действа отблъскващата сила на магнита. Чрез тези примери можете да видите колко нюансирани и креативни могат да бъдат теориите и науката за магнетизма.
Отблъскваща сила на магнита
Противоположностите се привличат. За да се обясни защо магнитите се отблъскват, северният край на магнит ще бъде привлечен към юга на друг магнит. Северният и северният край на два магнита, както и южният и южният край на два магнита ще се отблъскват. Магнитната сила е в основата на електрическите двигатели и атрактивните магнити за употреба в медицината, промишлеността и научните изследвания.
За да разберем как работи тази отблъскваща сила и да обясним защо магнитите се отблъскват и привличат електричество, важно е да се изследва природата на магнитната сила и многото форми, които тя приема при различни явления физика.
Магнитна сила върху частиците
За две движещи се заредени частици със зарядиq1иq2и съответните скоростиv1иv2разделени от радиус векторr, магнитната сила между тях се дава отЗакон на Био-Саварт:
F = \ frac {\ mu_0 q_1 q_2} {4 \ pi | r | ^ 2} v_1 \ пъти (v_2 \ пъти r)
в който×обозначавакръстосан продукт, обяснено по-долу.μ0 = 12.57×10−7 H / m, която е константата на магнитната пропускливост за вакуум. Имайте предвид| r |е абсолютната стойност на радиуса. Тази сила зависи много тясно от посоката на векторитеv1, v2, и r.
Въпреки че уравнението може да изглежда подобно на електрическата сила върху заредените частици, имайте предвид, че магнитната сила се използва само за движещи се частици. Магнитната сила също не отчита aмагнитен монопол, хипотетична частица, която би имала само един полюс, север или юг, докато електрически заредените частици и предмети могат да се зареждат в една посока, положителна или отрицателна. Тези фактори причиняват разликите във формите на сила за магнетизъм и за електричество.
Теориите за електричеството и магнетизма също показват, че ако имате два магнитни монопола, които не се движат, те все още ще изпитват сила по същия начин, по който електрическата сила ще възникне между два заредени частици.
Учените обаче не са показали никакви експериментални доказателства, за да се направи заключение със сигурност и увереност, че съществуват магнитни монополи. Ако се окаже, че те съществуват, учените биха могли да излязат с идеи за „магнитен заряд“ по същия начин, по който са електрически заредените частици.
Магнетизмът отблъсква и привлича определението
Ако имате предвид посоката на векторитеv1, v2, иr, можете да определите дали силата между тях е привлекателна или отблъскваща. Например, ако имате частица, която се движи напред в посока x със скоростv, тогава тази стойност трябва да е положителна. Ако се движи в другата посока, тогава стойността v трябва да е отрицателна.
Тези две частици се отблъскват, ако магнитните сили, определени от съответните им магнитни полета помежду си, се отменят, като сочат в различни посоки една от друга. Ако двете сили сочат в различни посоки една към друга, магнитната сила е привлекателна. Магнитната сила се причинява от тези движения на частиците.
Можете да използвате тези идеи, за да покажете как действа магнетизмът в ежедневните предмети. Например, ако поставите неодимов магнит близо до стоманена отвертка и го преместите нагоре, надолу по вала и след това извадите магнита, отвертката може да запази някакъв магнетизъм в себе си. Това се случва поради взаимодействащите магнитни полета между двата обекта, които създават атрактивната сила, когато се отменят взаимно.
Това отблъскване и привличане на дефиницията е при всички употреби на магнити и магнитни полета. Следете кои посоки съответстват на отблъскване и привличане.
Магнитна сила между проводниците
•••Syed Hussain Ather
За токове, които са движещи се заряди през проводници, магнитната сила може да се определи като привлекателна или отблъскващо въз основа на местоположението на проводниците по отношение един на друг и посоката на тока се движи. За токове в кръгови проводници можете да използвате дясната ръка, за да определите как възникват магнитни полета.
Правилото за дясната ръка за токове в контурите на проводниците означава, че ако поставите пръстите на дясната си ръка свити в посоката на телена верига, можете да определите посоката на полученото магнитно поле и магнитния момент, както е показано на диаграмата по-горе. Това ви позволява да определите доколко примките са привлекателни или отблъскващи помежду си.
Правилото от дясната страна също ви позволява да определите посоката на магнитното поле, което токът в прав проводник излъчва. В този случай насочвате десния си палец в посока на тока през електрическия проводник. Посоката на това как пръстите на дясната ви ръка се извиват определя посоката на магнитното поле?
От тези примери за магнитно поле, индуцирано от токове, можете да определите магнитната сила между два проводника в резултат от тези линии на магнитното поле.
Електричеството отблъсква и привлича определение
•••Syed Hussain Ather
Магнитните полета между контурите на токовите проводници са или привлекателни, или отблъскващи в зависимост от посоката на електрическия ток и посоката на магнитните полета, които се получават от тях. Магнитният диполен момент е силата и ориентацията на магнит, който произвежда магнитното поле. В горната диаграма полученото привличане или отблъскване показва тази зависимост.
Можете да си представите линиите на магнитното поле, които тези електрически токове издават като навиване около всяка част от токовия проводник. Ако тези направления на цикъла между двата проводника са в противоположни посоки един към друг, проводниците ще се привличат един към друг. Ако те са в противоположни посоки една от друга, контурите ще се отблъскват.
Магнитите отблъскват и привличат електричество
TheУравнение на Лоренцизмерва магнитната сила между частица в движение в магнитно поле. Уравнението е
F = qE + qv \ пъти по B
в койтоFе магнитната сила,qе зарядът на заредената частица,Е.е електрическото поле,vе скоростта на частицата, иБ.е магнитното поле. В уравнението x означава кръстосания продукт междуqvиБ..
Кръстосаният продукт може да бъде обяснен с геометрия и друга версия на правилото отдясно. Този път използвате правилото отдясно като правило за определяне на посоката на векторите в кръстосаното произведение. Ако частицата се движи в посока, която не е успоредна на магнитното поле, частицата ще бъде отблъсната от нея.
Уравнението на Лоренц показва основната връзка между електричеството и магнетизма. Това би довело до идеи за електромагнитно поле и електромагнитна сила, които представляват както електрическите, така и магнитните компоненти на тези физични свойства.
Кръстосан продукт
Правилото от дясната страна ви казва, че кръстосаното произведение между два вектора,аиб, е перпендикулярът към тях, ако насочите десния си показалец в посокаби десния среден пръст в посокаа. Палецът ви ще сочи в посока° С, полученият вектор от кръстосания продукт нааиб. Векторът° Сима величина, дадена от площта на успоредника, който векториаибобхват.
•••Syed Hussain Ather
Напречното произведение зависи от ъгъла между двата вектора, тъй като това определя площта на успоредника, който се простира между двата вектора. Кръстосано произведение за два вектора може да се определи като
a \ пъти b = | a || b | \ sin {\ theta}
за някакъв ъгълθмежду векториаиб,имайки предвид, че сочи в посоката, дадена от правилото за дясната ръка междуаиб.
Магнитна сила на компас
Два северни полюса се отблъскват един друг, а два южни полюса също ще се отблъскват, точно както електрическите заряди се отблъскват, а противоположните заряди се привличат. Иглата на магнитния компас на компаса се движи с въртящ момент, въртящата сила на тялото в движение. Можете да изчислите този въртящ момент, като използвате кръстосано произведение на въртящата сила, въртящ момент, в резултат на магнитния момент с магнитното поле.
В този случай можете да използвате "тау"
\ tau = m \ пъти B = | m || B | \ sin {\ theta}
къдетоме магнитният диполен момент,Б.е магнитното поле иθе ъгълът между тези два вектора. Ако определите каква част от магнитната сила се дължи на въртене на обект в магнитно поле, тази стойност е въртящият момент. Можете да определите или магнитния момент, или силата на магнитното поле.
Тъй като иглата на компаса се подравнява с магнитното поле на Земята, тя ще сочи на север, защото подреждането по този начин е най-ниското енергийно състояние. Тук магнитният момент и магнитното поле се подравняват един с друг и ъгълът между тях е 0 °. Компасът е в покой, след като са отчетени всички други сили, които движат компаса. Можете да определите силата на това въртеливо движение, като използвате въртящ момент.
Откриване на отблъскващата сила на магнита
Магнитното поле кара материята да показва магнитни свойства, особено сред елементи като кобалт и желязо, които имат несдвоени електрони, които позволяват зарядите да се движат и магнитните полета се появяват. Магнитите, които са класифицирани като парамагнитни или диамагнитни, ви позволяват да определите дали магнитната сила е привлекателна или отблъскваща от полюсите на магнита.
Диамагнетиците нямат или имат малко несдвоени електрони и не могат да позволят на зарядите да текат свободно толкова лесно, колкото другите материали. Те се отблъскват от магнитни полета. Парамагнетиците имат несдвоени електрони, които да пропускат заряда и следователно са привлечени от магнитни полета. За да определите дали даден материал е диамагнитен или парамагнитен, определете как електроните заемат орбитали въз основа на тяхната енергия по отношение на останалата част от атома.
Уверете се, че електроните трябва да заемат всяка орбитала само с един електрон, преди орбиталите да имат два електрона. Ако се окажете с несдвоени електрони, какъвто е случаят с кислорода O2, материалът е парамагнитен. В противен случай е диамагнитно, като N2. Можете да си представите тази привлекателна или отблъскваща сила като взаимодействие на единия магнитен дипол с другия.
Потенциалната енергия на дипол във външно магнитно поле се дава от точковото произведение между магнитния момент и магнитното поле. Тази потенциална енергия е
U = -m \ cdot B = - | m || B | \ cos {\ theta}
за ъгълаθмежду m и B. Точковият продукт измерва скаларната сума, получена от умножаването на х компонентите на един вектор на х компонентите на друг, като същевременно прави същото за у компонентите.
Например, ако сте имали векторa = 2i + 3jиb = 4i + 5j, полученият точков продукт на двата вектора би бил24 + 35 = 23. Знакът минус в уравнението за потенциална енергия показва, че потенциалът се определя като отрицателен за по-високи потенциални енергии на магнитна сила.
