Co způsobuje, že magnety odpuzují?

Někdy můžete vidět, jak se magnety navzájem odpuzují, a jindy je můžete přitahovat. Změna tvaru a orientace mezi dvěma různými magnety může změnit způsob, jakým se navzájem přitahují nebo odpuzují.

Studium magnetických materiálů podrobněji vám může poskytnout lepší představu o tom, jak odpudivá síla magnetu funguje. Na těchto příkladech můžete vidět, jak jemné a kreativní teorie a věda o magnetismu mohou být.

Protiklady se přitahují. Abychom vysvětlili, proč se magnety navzájem odpuzují, bude severní konec magnetu přitahován k jihu jiného magnetu. Severní a severní konec dvou magnetů a také jižní a jižní konec dvou magnetů se budou navzájem odpuzovat. Magnetická síla je základem pro elektromotory a atraktivní magnety pro použití v medicíně, průmyslu a výzkumu.

Abychom pochopili, jak tato odpudivá síla funguje, a vysvětlete, proč se magnety navzájem odpuzují a přitahují elektřinu, je důležité studovat povahu magnetické síly a mnoho forem, které má v různých jevech fyzika.

Pro dva pohybující se nabité částice s nábojiq₁aq₂a příslušné rychlostiproti₁aproti₂oddělené vektorem poloměrur, magnetická síla mezi nimi je dánaBiot-Savartův zákon​:

ve kterém×označujekřížový produkt, vysvětleno níže.μ₀ = 12.57×10⁻⁷ H / m, což je konstanta magnetické permeability pro vakuum. Mějte na paměti| r |je absolutní hodnota poloměru. Tato síla velmi úzce závisí na směru vektorůproti₁​, ​proti₂, a _r.

I když se rovnice může zdát podobná elektrické síle na nabité částice, mějte na paměti, že magnetická síla se používá pouze pro pohybující se částice. Magnetická síla také nezohledňuje amagnetický monopol, hypotetická částice, která by měla pouze jeden pól, na sever nebo na jih, zatímco elektricky nabité částice a objekty lze nabíjet v jednom směru, kladném nebo záporném. Tyto faktory způsobují rozdíly ve formách síly pro magnetismus a pro elektřinu.

Teorie elektřiny a magnetismu také ukazují, že pokud jste měli dva magnetické monopoly, které se nehýbaly, stále by zažili sílu stejným způsobem, jako by mezi dvěma nabitými došlo k elektrické síle částice.

Vědci však neprokázali žádné experimentální důkazy, aby s jistotou a jistotou dospěli k závěru, že magnetické monopoly existují. Pokud by se ukázalo, že existují, vědci by mohli přijít s myšlenkami „magnetického náboje“ stejným způsobem jako elektricky nabité částice.

Pokud pamatujete na směr vektorůproti₁​, ​proti₂, ar, můžete určit, zda je síla mezi nimi atraktivní nebo odpudivá. Například pokud máte částici, která se pohybuje ve směru x rychlostíproti, pak tato hodnota musí být kladná. Pokud se pohybuje opačným směrem, pak hodnota v musí být záporná.

Tyto dvě částice se navzájem odpuzují, pokud se magnetické síly určené jejich příslušnými magnetickými poli mezi nimi navzájem ruší tím, že směřují v různých směrech od sebe. Pokud obě síly směřují různými směry k sobě, je magnetická síla přitažlivá. Magnetická síla je způsobena těmito pohyby částic.

Pomocí těchto nápadů můžete ukázat, jak magnetismus funguje v každodenních předmětech. Pokud například umístíte neodymový magnet poblíž ocelového šroubováku a posunete jej nahoru, dolů po hřídeli a poté magnet vyjmete, může si v něm šroubovák zachovat určitý magnetismus. K tomu dochází v důsledku interagujících magnetických polí mezi dvěma objekty, které vytvářejí přitažlivou sílu, když se navzájem ruší.

Toto odpuzování a přitahování definice platí ve všech použitích magnetů a magnetických polí. Sledujte, které směry odpovídají odporu a přitažlivosti.

•••Syed Hussain Ather

U proudů, které pohybují náboji dráty, lze magnetickou sílu určit jako atraktivní nebo odpudivé na základě umístění vodičů vůči sobě navzájem a směru proudu tahy. U proudů v kruhových vodičích můžete pomocí pravé ruky určit, jak se magnetické pole objevuje.

Pravidlo pro proudy ve smyčkách vodičů znamená, že pokud umístíte prsty pravé ruky stočené ve směru drátové smyčky můžete určit směr výsledného magnetického pole a magnetický moment, jak je znázorněno na obrázku výše. To vám umožní určit, jak jsou smyčky mezi sebou atraktivní nebo odpudivé.

Pravidlo pravé ruky také umožňuje určit směr magnetického pole, které vyzařuje proud v přímém vodiči. V tomto případě nasměrujete pravý palec ve směru proudu elektrickým vodičem. Směr, jakým se prsty vaší pravé ruky vlní, určuje směr magnetického pole?

Z těchto příkladů magnetického pole indukovaného proudy můžete určit magnetickou sílu mezi dvěma dráty jako výsledek z těchto čar magnetického pole.

•••Syed Hussain Ather

Magnetická pole mezi smyčkami proudových vodičů jsou buď atraktivní nebo odpudivá v závislosti na směru elektrického proudu a směru magnetických polí, které z nich vyplývají. Magnetický dipólový moment je síla a orientace magnetu, který vytváří magnetické pole. Ve výše uvedeném diagramu ukazuje výsledná přitažlivost nebo odpudivost tuto závislost.

Dokážete si představit, že magnetické siločáry, které tyto elektrické proudy vydávají, se krouží kolem každé části proudové smyčky. Pokud jsou tyto smyčkové směry mezi dvěma dráty v opačných směrech k sobě navzájem, budou se dráty navzájem přitahovat. Pokud jsou v opačných směrech od sebe, smyčky se navzájem odpuzují.

TheLorentzova rovniceměří magnetickou sílu mezi pohybující se částicí v magnetickém poli. Rovnice je

ve kterémFje magnetická síla,qje náboj nabité částice,Eje elektrické pole,protije rychlost částice aBje magnetické pole. V rovnici x označuje křížový produkt meziqvaB​.

Křížový součin lze vysvětlit geometrií a jinou verzí pravicového pravidla. Tentokrát použijete pravidlo pravé ruky jako pravidlo pro určení směru vektorů v součinovém produktu. Pokud se částice pohybuje ve směru, který není rovnoběžný s magnetickým polem, bude ji odpuzovat.

Lorentzova rovnice ukazuje základní spojení mezi elektřinou a magnetismem. To by vedlo k představám o elektromagnetickém poli a elektromagnetické síle, které představovaly jak elektrickou, tak magnetickou složku těchto fyzikálních vlastností.

Pravidlo pro pravou ruku vám říká, že součin mezi dvěma vektory,Aab, je na ně kolmá, pokud ukazujete pravým ukazováčkem ve směruba pravý prostředníček ve směruA. Palec bude ukazovat ve směruC, výsledný vektor z křížového produktuAab. VektorCmá velikost danou oblastí rovnoběžníku, který vektoryAabrozpětí.

•••Syed Hussain Ather

Křížový součin závisí na úhlu mezi dvěma vektory, protože to určuje plochu rovnoběžníku, která se rozprostírá mezi těmito dvěma vektory. Křížový produkt pro dva vektory lze určit jako

pro nějaký úhelθmezi vektoryAab,mějte na paměti, že ukazuje ve směru daném pravidlem meziAab​.

Dva severní póly se navzájem odpuzují a dva jižní póly se budou také navzájem odpuzovat, jako by se navzájem odpuzovaly elektrické náboje a protilehlé náboje se navzájem přitahovaly. Jehla kompasu magnetického kompasu se pohybuje točivým momentem, rotační silou těla v pohybu. Tento krouticí moment můžete vypočítat pomocí vzájemného součinu rotační síly, krouticího momentu, jako výsledku magnetického momentu s magnetickým polem.

V tomto případě můžete použít „tau“

kdemje magnetický dipólový moment,Bje magnetické pole aθje úhel mezi těmito dvěma vektory. Pokud určíte, kolik magnetické síly je způsobeno rotací objektu v magnetickém poli, je touto hodnotou moment. Můžete určit buď magnetický moment, nebo sílu magnetického pole.

Protože se kompasová jehla vyrovná s magnetickým polem Země, bude směřovat na sever, protože vyrovnání se tímto způsobem je její nejnižší energetický stav. To je místo, kde se magnetický moment a magnetické pole navzájem vyrovnávají a úhel mezi nimi je 0 °. Je to kompas v klidu poté, co byly započítány všechny ostatní síly, které kompasem pohybují. Sílu tohoto rotačního pohybu můžete určit pomocí točivého momentu.

Magnetické pole způsobuje, že hmota vykazuje magnetické vlastnosti, zejména u prvků, jako je kobalt a železo, které mají nepárové elektrony, které umožňují pohyb nábojů a magnetická pole se objevují. Magnety, které jsou klasifikovány jako paramagnetické nebo diamagnetické, vám umožňují určit, zda je magnetická síla přitažlivá nebo odpudivá póly magnetu.

Diamagnety nemají žádné nebo jen pár nespárovaných elektronů a nemohou nechat náboje volně proudit tak snadno jako jiné materiály. Jsou odpuzovány magnetickými poli. Paramagnety mají nepárové elektrony, které umožňují tok náboje, a jsou proto přitahovány magnetickými poli. Chcete-li zjistit, zda je materiál diamagnetický nebo paramagnetický, určete, jak elektrony zabírají orbitaly na základě jejich energie ve vztahu ke zbytku atomu.

Ujistěte se, že elektrony musí zabírat každý orbitál pouze s jedním elektronem, než budou mít orbitaly dva elektrony. Pokud skončíte s nepárovými elektrony, jako je tomu v případě kyslíku O₂, materiál je paramagnetický. Jinak je diamagnetický, jako N₂. Tuto atraktivní nebo odpudivou sílu si můžete představit jako interakci jednoho magnetického dipólu s druhým.

Potenciální energie dipólu ve vnějším magnetickém poli je dána bodovým součinem mezi magnetickým momentem a magnetickým polem. Tato potenciální energie je

pro úhelθmezi ma B. Tečkový součin měří skalární součet vzniklý vynásobením složek x jednoho vektoru na složky x druhého, přičemž pro složky y dělá totéž.

Například pokud jste měli vektora = 2i + 3jab = 4i + 5j, výsledný bodový produkt obou vektorů bude24 + 35 = 23. Znaménko mínus v rovnici pro potenciální energii naznačuje, že potenciál je definován jako negativní pro vyšší potenciální energie magnetické síly.