Was macht Magnete abstoßend?

Manchmal sehen Sie, wie sich Magnete gegenseitig abstoßen, und manchmal sehen Sie, wie sie sich gegenseitig anziehen. Das Ändern der Form und Ausrichtung zwischen zwei verschiedenen Magneten kann die Art und Weise ändern, wie sie sich anziehen oder abstoßen.

Wenn Sie magnetische Materialien genauer untersuchen, erhalten Sie eine bessere Vorstellung davon, wie die Abstoßungskraft des Magneten funktioniert. Anhand dieser Beispiele können Sie sehen, wie nuanciert und kreativ die Theorien und die Wissenschaft des Magnetismus sein können.

Gegensätze ziehen sich an. Um zu erklären, warum sich Magnete gegenseitig abstoßen, wird ein nördliches Ende eines Magneten vom Süden eines anderen Magneten angezogen. Das Nord- und Nordende von zwei Magneten sowie das Süd- und Südende von zwei Magneten stoßen sich gegenseitig ab. Die Magnetkraft ist die Grundlage für Elektromotoren und attraktive Magnete für den Einsatz in Medizin, Industrie und Forschung.

Um zu verstehen, wie diese abstoßende Kraft funktioniert und warum sich Magnete gegenseitig abstoßen und Elektrizität anziehen, Es ist wichtig, die Natur der magnetischen Kraft und die vielen Formen, die sie in verschiedenen Phänomenen annimmt, zu studieren Physik.

Für zwei bewegte geladene Teilchen mit Ladungenq₁undq₂und jeweilige Geschwindigkeitenv₁undv₂getrennt durch einen Radiusvektorr, die magnetische Kraft zwischen ihnen ist gegeben durchBiot-Savart-Gesetz​:

in welchem×bezeichnet dieKreuzprodukt, unten erklärt.μ₀ = 12.57×10⁻⁷ Hm, das ist die magnetische Permeabilitätskonstante für ein Vakuum. Merken Sie sich|r|ist der absolute Wert des Radius. Diese Kraft hängt sehr stark von der Richtung der Vektoren abv₁​, ​v₂, und _r.

Während die Gleichung der elektrischen Kraft auf geladene Teilchen ähnlich erscheinen mag, bedenken Sie, dass die magnetische Kraft nur für sich bewegende Teilchen verwendet wird. Die Magnetkraft berücksichtigt auch nicht amagnetischer Monopol, ein hypothetisches Teilchen, das nur einen Nord- oder Südpol haben würde, während elektrisch geladene Teilchen und Objekte in eine einzige Richtung geladen werden können, positiv oder negativ. Diese Faktoren verursachen die unterschiedlichen Kraftformen für Magnetismus und Elektrizität.

Theorien über Elektrizität und Magnetismus zeigen auch, wenn Sie zwei magnetische Monopole haben, die sich nicht bewegen, sie würden immer noch eine Kraft erfahren, wie eine elektrische Kraft zwischen zwei geladenen Partikel.

Wissenschaftler haben jedoch keine experimentellen Beweise erbracht, um mit Sicherheit und Zuversicht auf die Existenz magnetischer Monopole zu schließen. Wenn sich herausstellt, dass sie existieren, könnten Wissenschaftler auf die Idee einer "magnetischen Ladung" kommen, genau wie elektrisch geladene Teilchen.

Wenn Sie die Richtung der Vektoren beachtenv₁​, ​v₂, undr, können Sie feststellen, ob die Kraft zwischen ihnen anziehend oder abstoßend ist. Wenn sich beispielsweise ein Teilchen mit einer Geschwindigkeit. in x-Richtung vorwärts bewegtv, dann muss dieser Wert positiv sein. Wenn es sich in die andere Richtung bewegt, muss der v-Wert negativ sein.

Diese beiden Teilchen stoßen sich gegenseitig ab, wenn sich die durch ihre jeweiligen Magnetfelder zwischen ihnen bestimmten magnetischen Kräfte gegenseitig aufheben, indem sie in unterschiedliche Richtungen voneinander weg weisen. Zeigen die beiden Kräfte in unterschiedliche Richtungen aufeinander, ist die Magnetkraft anziehend. Die Magnetkraft wird durch diese Teilchenbewegungen verursacht.

Sie können diese Ideen verwenden, um zu zeigen, wie Magnetismus in Alltagsgegenständen funktioniert. Wenn Sie beispielsweise einen Neodym-Magneten in der Nähe eines Stahlschraubendrehers platzieren und ihn auf dem Schaft nach oben und unten bewegen und dann den Magneten entfernen, kann der Schraubendreher etwas Magnetismus darin behalten. Dies geschieht aufgrund der wechselwirkenden Magnetfelder zwischen den beiden Objekten, die die Anziehungskraft erzeugen, wenn sie sich gegenseitig aufheben.

Diese Definition von Abstoßung und Anziehung gilt für alle Anwendungen von Magneten und Magnetfeldern. Behalten Sie im Auge, welche Richtungen Abstoßung und Anziehung entsprechen.

•••Syed Hussain Ather

Für Ströme, die Ladungen durch Drähte bewegen, kann die Magnetkraft als anziehend oder als anziehend bestimmt werden abstoßend aufgrund der Lage der Drähte zueinander und der Stromrichtung bewegt. Bei Strömen in Runddrähten können Sie mit der rechten Hand bestimmen, wie Magnetfelder entstehen.

Die Rechte-Hand-Regel für Ströme in Drahtschleifen bedeutet, dass, wenn Sie die Finger der rechten Hand in Richtung einer Drahtschleife können Sie die Richtung des resultierenden Magnetfeldes und das magnetische Moment bestimmen, wie im Diagramm gezeigt über. Auf diese Weise können Sie bestimmen, wie sich Loops gegenseitig anziehen oder abstoßen.

Mit der Rechte-Hand-Regel können Sie auch die Richtung des Magnetfelds bestimmen, das der Strom in einem geraden Draht aussendet. In diesem Fall zeigen Sie mit dem rechten Daumen in Richtung des Stroms durch das elektrische Kabel. Die Richtung, in der sich die Finger Ihrer rechten Hand kräuseln, bestimmt die Richtung des Magnetfelds?

Aus diesen Beispielen für strominduzierte Magnetfelder können Sie die magnetische Kraft zwischen zwei Drähten als Ergebnis dieser magnetischen Feldlinien bestimmen.

•••Syed Hussain Ather

Die Magnetfelder zwischen Stromdrahtschleifen sind abhängig von der Richtung des elektrischen Stroms und der Richtung der daraus resultierenden Magnetfelder entweder anziehend oder abstoßend. Das magnetische Dipolmoment ist die Stärke und Ausrichtung eines Magneten, der das Magnetfeld erzeugt. Im obigen Diagramm zeigt die resultierende Anziehung oder Abstoßung diese Abhängigkeit.

Sie können sich die magnetischen Feldlinien, die diese elektrischen Ströme abgeben, als Windungen um jeden Teil der Stromdrahtschleife vorstellen. Wenn diese Schleifenrichtungen zwischen den beiden Drähten in entgegengesetzte Richtungen zueinander verlaufen, ziehen sich die Drähte an. Wenn sie in entgegengesetzte Richtungen voneinander entfernt sind, stoßen sich die Schlaufen ab.

DasLorentz-Gleichungmisst die magnetische Kraft zwischen einem Teilchen in Bewegung in einem Magnetfeld. Die Gleichung ist

in welchemFist die magnetische Kraft,qist die Ladung des geladenen Teilchens,Eist das elektrische Feld,vdie Geschwindigkeit des Teilchens ist undBist das Magnetfeld. In der Gleichung bezeichnet x das Kreuzprodukt zwischenqvundB​.

Das Kreuzprodukt lässt sich mit Geometrie und einer anderen Variante der Rechte-Hand-Regel erklären. Diesmal verwenden Sie in der Regel die Rechte-Hand-Regel, um die Richtung von Vektoren im Kreuzprodukt zu bestimmen. Bewegt sich das Teilchen in eine Richtung, die nicht parallel zum Magnetfeld ist, wird das Teilchen von diesem abgestoßen.

Die Lorentz-Gleichung zeigt den grundlegenden Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus. Dies würde zu Ideen von elektromagnetischem Feld und elektromagnetischer Kraft führen, die sowohl die elektrischen als auch die magnetischen Komponenten dieser physikalischen Eigenschaften darstellen.

Die Rechte-Hand-Regel besagt, dass das Kreuzprodukt zwischen zwei Vektoren,einundb, ist die Senkrechte zu ihnen, wenn Sie mit dem rechten Zeigefinger in Richtung zeigenbund deinen rechten Mittelfinger in Richtungein. Dein Daumen zeigt in Richtungc, der resultierende Vektor aus dem Kreuzprodukt voneinundb. Der Vektorchat eine Größe, die durch die Fläche des Parallelogramms gegeben ist, das VektoreneinundbSpanne.

•••Syed Hussain Ather

Das Kreuzprodukt hängt vom Winkel zwischen den beiden Vektoren ab, da dieser die Fläche des Parallelogramms bestimmt, die sich zwischen den beiden Vektoren erstreckt. Ein Kreuzprodukt für zwei Vektoren kann bestimmt werden als

für einen bestimmten Winkelθzwischen Vektoreneinundb,Denken Sie daran, dass es in die Richtung zeigt, die durch die Rechte-Hand-Regel zwischeneinundb​.

Zwei Nordpole stoßen sich ab, und zwei Südpole stoßen sich ebenso ab, wie sich elektrische Ladungen abstoßen und entgegengesetzte Ladungen anziehen. Die magnetische Kompassnadel eines Kompasses bewegt sich mit einem Drehmoment, der Rotationskraft eines Körpers in Bewegung. Dieses Drehmoment können Sie aus einem Kreuzprodukt der Drehkraft Drehmoment als Ergebnis des magnetischen Moments mit dem Magnetfeld berechnen.

In diesem Fall können Sie "tau" verwenden.

woichist das magnetische Dipolmoment,Bist das Magnetfeld, undθist der Winkel zwischen diesen beiden Vektoren. Wenn Sie bestimmen, wie viel der Magnetkraft auf die Rotation eines Objekts in einem Magnetfeld zurückzuführen ist, ist dieser Wert das Drehmoment. Sie können entweder das magnetische Moment oder die Kraft des Magnetfeldes bestimmen.

Da sich eine Kompassnadel auf das Erdmagnetfeld ausrichtet, wird sie nach Norden zeigen, da diese Ausrichtung ihr niedrigster Energiezustand ist. Hier richten sich das magnetische Moment und das magnetische Feld aus und der Winkel zwischen ihnen beträgt 0°. Es ist der Kompass in Ruhe, nachdem alle anderen Kräfte, die den Kompass bewegen, berücksichtigt wurden. Die Stärke dieser Drehbewegung können Sie anhand des Drehmoments bestimmen.

Ein Magnetfeld bewirkt, dass Materie magnetische Eigenschaften zeigt, insbesondere bei Elementen wie Kobalt und Eisen, die ungepaarte Elektronen haben, die Ladungen bewegen und Magnetfelder entstehen lassen. Mit Magneten, die entweder als paramagnetisch oder diamagnetisch klassifiziert werden, können Sie feststellen, ob eine Magnetkraft durch die Pole des Magneten anziehend oder abstoßend ist.

Diamagnete haben keine oder nur wenige ungepaarte Elektronen und können Ladungen nicht so leicht fließen lassen wie andere Materialien. Sie werden durch Magnetfelder abgestoßen. Paramagnete haben ungepaarte Elektronen, um Ladung fließen zu lassen und werden daher von Magnetfeldern angezogen. Um zu bestimmen, ob ein Material diamagnetisch oder paramagnetisch ist, bestimmen Sie, wie Elektronen basierend auf ihrer Energie in Bezug auf den Rest des Atoms Orbitale besetzen.

Stellen Sie sicher, dass Elektronen jedes Orbital mit nur einem Elektron besetzen müssen, bevor die Orbitale zwei Elektronen haben. Wenn Sie ungepaarte Elektronen haben, wie es bei Sauerstoff O. der Fall ist₂, das Material ist paramagnetisch. Ansonsten ist es diamagnetisch, wie N₂. Sie können sich diese anziehende oder abstoßende Kraft als Wechselwirkung eines magnetischen Dipols mit dem anderen vorstellen.

Die potentielle Energie eines Dipols in einem externen Magnetfeld ergibt sich aus dem Skalarprodukt zwischen dem magnetischen Moment und dem Magnetfeld. Diese potentielle Energie ist

für den Winkelθzwischen m und B. Das Skalarprodukt misst die Skalarsumme, die sich aus der Multiplikation der x-Komponenten eines Vektors mit den x-Komponenten eines anderen ergibt, während dasselbe für y-Komponenten durchgeführt wird.

Wenn Sie beispielsweise Vektor youa = 2i + 3jundb = 4i + 5j, das resultierende Skalarprodukt der beiden Vektoren wäre24 + 35 = 23. Das Minuszeichen in der Gleichung für potenzielle Energie zeigt an, dass das Potenzial für höhere potenzielle Energien der Magnetkraft als negativ definiert ist.