A veces es posible que veas que los imanes se repelen entre sí y otras veces que se atraen entre sí. Cambiar la forma y la orientación entre dos imanes diferentes puede cambiar la forma en que se atraen o se repelen entre sí.
Estudiar los materiales magnéticos con mayor detalle puede darle una mejor idea de cómo funciona la fuerza repulsiva del imán. A través de estos ejemplos, puede ver cuán matizadas y creativas pueden ser las teorías y la ciencia del magnetismo.
La fuerza repelente de un imán
Los opuestos se atraen. Para explicar por qué los imanes se repelen entre sí, el extremo norte de un magnético se verá atraído hacia el sur de otro magnético. Los extremos norte y norte de dos imanes, así como los extremos sur y sur de dos imanes, se repelerán entre sí. La fuerza magnética es la base de los motores eléctricos y los imanes atractivos para su uso en la medicina, la industria y la investigación.
Para comprender cómo funciona esta fuerza repulsiva y explicar por qué los imanes se repelen y atraen electricidad, Es importante estudiar la naturaleza de la fuerza magnética y las muchas formas que adopta en varios fenómenos en física.
Fuerza magnética sobre partículas
Para dos partículas cargadas en movimiento con cargasq1yq2y respectivas velocidadesv1yv2separados por un vector de radior, la fuerza magnética entre ellos viene dada por elLey Biot-Savart:
F = \ frac {\ mu_0 q_1 q_2} {4 \ pi | r | ^ 2} v_1 \ veces (v_2 \ veces r)
en el cual×denota elproducto cruzado, explicado a continuación.μ0 = 12.57×10−7 H / m, que es la constante de permeabilidad magnética para un vacío. Tenga en cuenta| r |es el valor absoluto del radio. Esta fuerza depende mucho de la dirección de los vectores.v1, v2, y r.
Si bien la ecuación puede parecer similar a la fuerza eléctrica sobre partículas cargadas, tenga en cuenta que la fuerza magnética solo se usa para partículas en movimiento. La fuerza magnética tampoco explica unmonopolo magnético, una partícula hipotética que solo tendría un polo, norte o sur, mientras que las partículas y objetos con carga eléctrica se pueden cargar en una sola dirección, positiva o negativa. Estos factores provocan las diferencias en las formas de fuerza del magnetismo y la electricidad.
Las teorías de la electricidad y el magnetismo también muestran que, si tuviera dos monopolos magnéticos que no se movieran, todavía experimentarían una fuerza de la misma manera que una fuerza eléctrica ocurriría entre dos partículas.
Sin embargo, los científicos no han mostrado ninguna evidencia experimental para concluir con certeza y confianza que existan monopolos magnéticos. Si resulta que existen, los científicos podrían proponer ideas de "carga magnética" de la misma forma que las partículas cargadas eléctricamente.
Magnetismo Repele y Atrae Definición
Si tienes en cuenta la dirección de los vectoresv1, v2, yr, puede determinar si la fuerza entre ellos es atractiva o repulsiva. Por ejemplo, si tiene una partícula que se mueve hacia adelante en la dirección x con una velocidadv, entonces este valor debe ser positivo. Si se mueve en la otra dirección, entonces el valor de v debe ser negativo.
Estas dos partículas se repelen entre sí si las fuerzas magnéticas determinadas por sus respectivos campos magnéticos entre ellas se cancelan entre sí al apuntar en diferentes direcciones una de la otra. Si las dos fuerzas apuntan en diferentes direcciones una hacia la otra, la fuerza magnética es atractiva. La fuerza magnética es causada por estos movimientos de partículas.
Puede utilizar estas ideas para mostrar cómo funciona el magnetismo en los objetos cotidianos. Por ejemplo, si coloca un imán de neodimio cerca de un destornillador de acero y lo mueve hacia arriba, hacia abajo por el eje y luego retira el imán, el destornillador puede retener algo de magnetismo en su interior. Esto sucede debido a la interacción de los campos magnéticos entre los dos objetos que crean la fuerza de atracción cuando se cancelan entre sí.
Esta definición de repeler y atraer se mantiene en todos los usos de imanes y campos magnéticos. Mantenga un registro de las direcciones que corresponden a la repulsión y la atracción.
Fuerza magnética entre alambres
•••Syed Hussain Ather
Para corrientes, que mueven cargas a través de cables, la fuerza magnética se puede determinar como atractiva o repulsivo basado en la ubicación de los cables entre sí y la dirección de la corriente se mueve. Para corrientes en cables circulares, puede usar la mano derecha para determinar cómo emergen los campos magnéticos.
La regla de la mano derecha para corrientes en bucles de cables significa que, si coloca los dedos de la mano derecha enroscados en la dirección de un bucle de alambre, puede determinar la dirección del campo magnético resultante y el momento magnético, como se muestra en el diagrama sobre. Esto le permite determinar cómo los bucles son atractivos o repulsivos entre sí.
La regla de la mano derecha también le permite determinar la dirección del campo magnético que emite la corriente en un cable recto. En este caso, apunta con el pulgar derecho en la dirección de la corriente a través del cable eléctrico. ¿La dirección en la que se curvan los dedos de la mano derecha determina la dirección del campo magnético?
A partir de estos ejemplos de campo magnético inducido por corrientes, puede determinar la fuerza magnética entre dos cables como resultado de estas líneas de campo magnético.
Definición de repeler y atraer electricidad
•••Syed Hussain Ather
Los campos magnéticos entre los bucles de los cables de corriente son atractivos o repulsivos según la dirección de la corriente eléctrica y la dirección de los campos magnéticos que resultan de ellos. El momento dipolar magnético es la fuerza y orientación de un campo magnético que produce el campo magnético. En el diagrama anterior, la atracción o repulsión resultante muestra esta dependencia.
Puede imaginarse las líneas del campo magnético que estas corrientes eléctricas emiten curvándose alrededor de cada parte del bucle del cable de corriente. Si esas direcciones de bucle entre los dos cables están en direcciones opuestas entre sí, los cables se atraerán entre sí. Si están en direcciones opuestas entre sí, los bucles se repelerán entre sí.
Los imanes repelen y atraen la electricidad
LaEcuación de Lorentzmide la fuerza magnética entre una partícula en movimiento en un campo magnético. La ecuación es
F = qE + qv \ times B
en el cualFes la fuerza magnética,qes la carga de la partícula cargada,mies el campo eléctrico,ves la velocidad de la partícula, yBes el campo magnético. En la ecuación, x denota el producto cruzado entreqvyB.
El producto cruzado se puede explicar con geometría y otra versión de la regla de la mano derecha. Esta vez, usa la regla de la mano derecha como regla para determinar la dirección de los vectores en el producto cruzado. Si la partícula se mueve en una dirección que no es paralela al campo magnético, la partícula será repelida por ella.
La ecuación de Lorentz muestra la conexión fundamental entre la electricidad y el magnetismo. Esto llevaría a ideas de campo electromagnético y fuerza electromagnética que representaban tanto los componentes eléctricos como magnéticos de estas propiedades físicas.
Producto cruzado
La regla de la derecha te dice que el producto cruzado entre dos vectores,ayB, es la perpendicular a ellos si apunta su dedo índice derecho en la dirección deBy tu dedo medio derecho en la dirección dea. Tu pulgar apuntará en la dirección deC, el vector resultante del producto cruzado deayB. El vectorCtiene una magnitud dada por el área del paralelogramo que vectoresayBlapso.
•••Syed Hussain Ather
El producto cruzado depende del ángulo entre los dos vectores, ya que esto determina el área del paralelogramo que se extiende entre los dos vectores. Un producto cruzado para dos vectores se puede determinar como
a \ times b = | a || b | \ sin {\ theta}
por algún ánguloθentre vectoresayB,teniendo en cuenta que apunta en la dirección dada por la regla de la mano derecha entreayB.
Fuerza magnética de una brújula
Dos polos norte se repelen entre sí, y dos polos sur también se repelen entre sí al igual que las cargas eléctricas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraen entre sí. La aguja de la brújula magnética de una brújula se mueve con un par, la fuerza de rotación de un cuerpo en movimiento. Puede calcular este par utilizando un producto cruzado de la fuerza de rotación, par, como resultado del momento magnético con el campo magnético.
En este caso, puede utilizar "tau"
\ tau = m \ times B = | m || B | \ sin {\ theta}
dóndemetroes el momento dipolar magnético,Bes el campo magnético, yθes el ángulo entre esos dos vectores. Si determina cuánta fuerza magnética se debe a la rotación de un objeto en un campo magnético, ese valor es el par. Puede determinar el momento magnético o la fuerza del campo magnético.
Debido a que la aguja de una brújula se alinea con el campo magnético de la Tierra, apuntará al norte porque alinearse de esta manera es su estado de energía más bajo. Aquí es donde el momento magnético y el campo magnético se alinean entre sí y el ángulo entre ellos es de 0 °. Es la brújula en reposo después de que se hayan tenido en cuenta todas las demás fuerzas que mueven la brújula. Puede determinar la fuerza de este movimiento de rotación mediante el par.
Detectar la fuerza repelente de un imán
Un campo magnético hace que la materia muestre propiedades magnéticas, especialmente entre elementos como el cobalto y el hierro, que tienen electrones desapareados que permiten que las cargas se muevan y los campos magnéticos emerjan. Los imanes clasificados como paramagnéticos o diamagnéticos le permiten determinar si una fuerza magnética es atractiva o repulsiva por los polos del imán.
Los diamagnetos tienen pocos electrones no apareados o ninguno y no pueden permitir que las cargas fluyan libremente con tanta facilidad como lo hacen otros materiales. Son repelidos por campos magnéticos. Los paramagnetos tienen electrones desapareados para permitir que la carga fluya y, por lo tanto, son atraídos por los campos magnéticos. Para determinar si un material es diamagnético o paramagnético, determine cómo los electrones ocupan los orbitales en función de su energía con respecto al resto del átomo.
Asegúrese de que los electrones deben ocupar cada orbital con un solo electrón antes de que los orbitales tengan dos electrones. Si termina con electrones desapareados, como es el caso del oxígeno O2, el material es paramagnético. De lo contrario, es diamagnético, como N2. Puede imaginar esta fuerza atractiva o repulsiva como la interacción de un dipolo magnético con el otro.
La energía potencial de un dipolo en un campo magnético externo viene dada por el producto escalar entre el momento magnético y el campo magnético. Esta energía potencial es
U = -m \ cdot B = - | m || B | \ cos {\ theta}
para el anguloθentre my B. El producto escalar mide la suma escalar resultante de multiplicar las componentes x de un vector por las componentes x de otro mientras se hace lo mismo con las componentes y.
Por ejemplo, si tuvieras vectora = 2i + 3jyb = 4i + 5j, el producto escalar resultante de los dos vectores sería24 + 35 = 23. El signo menos en la ecuación para la energía potencial indica que el potencial se define como negativo para energías potenciales más altas de fuerza magnética.