Néha előfordulhat, hogy a mágnesek taszítják egymást, máskor pedig azt, hogy vonzzák egymást. Két különböző mágnes közötti forma és tájolás megváltoztatása megváltoztathatja az egymás vonzását vagy taszítását.
A mágneses anyagok részletesebb tanulmányozása jobb képet adhat a mágnes visszataszító erejének működéséről. Ezeken a példákon keresztül láthatja, hogy a mágnesség elméletei és tudománya mennyire árnyalt és kreatív tud lenni.
A mágnes taszító ereje
Az ellentétek vonzzák egymást. Annak megmagyarázására, hogy a mágnesek miért taszítják egymást, a mágnes északi vége vonzódik egy másik mágnes déli részétől. Két mágnes északi és északi vége, valamint két mágnes déli és déli vége taszítják egymást. A mágneses erő az elektromos motorok és vonzó mágnesek alapja az orvostudományban, az iparban és a kutatásban.
Hogy megértsük, hogyan működik ez a taszító erő, és elmagyarázzuk, hogy a mágnesek miért taszítják egymást és vonzzák az áramot, fontos, hogy tanulmányozzuk a mágneses erő természetét és a különböző jelenségekben előforduló sokféle formát fizika.
Mágneses erő a részecskéken
Két mozgó töltésű részecske töltésselq1ésq2és a megfelelő sebességeketv1ésv2sugárvektorral elválasztvar, a közöttük lévő mágneses erőt aBiot-Savart törvény:
F = \ frac {\ mu_0 q_1 q_2} {4 \ pi | r | ^ 2} v_1 \ szor (v_2 \ szorzat r)
amiben×jelöli akereszttermék, magyarázta alább.μ0 = 12.57×10−7 H / m, amely a vákuum mágneses permeabilitási állandója. Tartsd észben| r |a sugár abszolút értéke. Ez az erő nagyon szorosan függ a vektorok irányátólv1, v2, és r.
Bár az egyenlet hasonlónak tűnhet a töltött részecskék elektromos erejéhez, ne feledje, hogy a mágneses erőt csak részecskék mozgatására használják. A mágneses erő szintén nem számol amágneses monopólus, egy hipotetikus részecske, amelynek csak egy pólusa lenne, északon vagy délen, míg az elektromosan töltött részecskék és tárgyak egyetlen irányban tölthetők fel, pozitívak vagy negatívak. Ezek a tényezők okozzák a különbségeket a mágnesesség és az elektromosság erőformáiban.
Az elektromosság és a mágnesesség elmélete is azt mutatja, hogy ha két mágneses monopólusod van, amelyek nem mozognak, akkor is ugyanúgy tapasztalnának egy erőt, mint két feltöltött között elektromos erő részecskék.
A tudósok azonban nem mutattak kísérleti bizonyítékokat, amelyek biztosan és magabiztosan vonnák le a következtetést a mágneses monopólusok létezéséről. Ha kiderül, hogy léteznek, a tudósok ugyanúgy előállhatnak a "mágneses töltés" ötleteivel, ugyanúgy, mint az elektromosan töltött részecskék.
A mágnesesség taszítja és vonzza a definíciót
Ha szem előtt tartja a vektorok irányátv1, v2, ésr, meghatározhatja, hogy a köztük lévő erő vonzó vagy visszataszító. Például, ha van egy részecskéje, amely sebességgel halad előre az x iránybanv, akkor ennek az értéknek pozitívnak kell lennie. Ha a másik irányba mozog, akkor a v értéknek negatívnak kell lennie.
Ez a két részecske taszítja egymást, ha a közöttük lévő mágneses mezők által meghatározott mágneses erők egymástól eltérő irányba mutatva törlik egymást. Ha a két erő különböző irányokban mutat egymás felé, akkor a mágneses erő vonzó. A mágneses erőt ezek a részecskemozgások okozzák.
Ezekkel az ötletekkel megmutathatja, hogyan működik a mágnesesség a mindennapi tárgyakban. Például, ha egy neodímium mágnest egy acélcsavarhúzó közelébe helyezünk, és felfelé, lefelé mozgatjuk a tengelyen, majd eltávolítjuk a mágnest, a csavarhúzó némi mágnesességet megtarthat benne. Ez a két objektum kölcsönhatásban lévő mágneses terének köszönhető, amelyek vonzó erőt teremtenek, amikor egymást kioltják.
Ez a mágnesek és a mágneses mezők minden felhasználása esetén visszaveti és vonzza a meghatározást. Kövesse nyomon, mely irányok felelnek meg az taszításnak és a vonzódásnak.
Mágneses erő a vezetékek között
•••Syed Hussain Ather
Azoknál az áramoknál, amelyek drótokon keresztül mozgatják a töltéseket, a mágneses erő vonzó vagy taszító a vezetékek egymáshoz viszonyított elhelyezkedése és az áram iránya alapján mozog. Kör alakú vezetékekben lévő áramok esetén a jobb oldali kézzel meghatározhatja, hogyan jelennek meg a mágneses mezők.
A vezetékes hurkokban lévő áramokra vonatkozó jobb oldali szabály azt jelenti, hogy ha jobb kezének huzal hurok esetén meghatározhatja a kapott mágneses tér irányát és a mágneses momentumot, ahogy azt a diagram mutatja felett. Ez lehetővé teszi annak meghatározását, hogy a hurkok mennyire vonzóak vagy visszataszítóak egymás között.
A jobb oldali szabály lehetővé teszi az egyenes vezetékben áramló mágneses mező irányának meghatározását is. Ebben az esetben a jobb hüvelykujjával az elektromos vezetéken keresztül az áram irányába mutat. A jobb kezed ujjainak görbülésének iránya határozza meg a mágneses tér irányát?
Az áramok által indukált mágneses mező ezen példái alapján meghatározhatja a két vezeték közötti mágneses erőt, amelynek eredményeként ezek a mágneses mező vonalai alakulnak ki.
A villamos energia taszítja és vonzza a definíciót
•••Syed Hussain Ather
Az áramvezetékek hurkai közötti mágneses mezők vagy vonzóak, vagy visszataszítóak, az elektromos áram irányától és az ezekből fakadó mágneses mezők irányától függően. A mágneses dipólus nyomatéka a mágneses erő és orientáció, amely a mágneses teret produkálja. A fenti ábrán az ebből fakadó vonzerő vagy taszítás ezt a függőséget mutatja.
El tudja képzelni, hogy ezek a villamos áramok milyen mágneses térvezetékeket sugároznak az áram huzaljának egyes részei körül. Ha a két vezeték közötti hurkolási irányok ellentétes irányban vannak egymás felé, akkor a vezetékek vonzani fogják egymást. Ha ellentétes irányban vannak egymástól, a hurkok taszítják egymást.
Mágnesek taszítják és vonzzák az áramot
ALorentz-egyenletméri a mágneses erőt egy mágneses mezőben mozgó részecske között. Az egyenlet az
F = qE + qv \ szorzat B
amibenFa mágneses erő,qa töltött részecske töltése,Eaz elektromos mező,va részecske sebessége, ésBa mágneses mező. Az egyenletben x a közötti szorzatot jelöliqvésB.
A kereszttermék a geometriával és a jobb oldali szabály másik változatával magyarázható. Ezúttal a jobb oldali szabályt használja szabályként a kereszttermék vektorainak irányának meghatározásához. Ha a részecske olyan irányba mozog, amely nem párhuzamos a mágneses térrel, a részecskét ez taszítja.
A Lorentz-egyenlet megmutatja az elektromosság és a mágnesesség közötti alapvető kapcsolatot. Ez olyan elektromágneses tér és elektromágneses erő ötleteihez vezetne, amelyek mind e fizikai tulajdonságok elektromos, mind mágneses összetevőit képviselik.
Kereszt termék
A jobb oldali szabály azt mondja, hogy a két vektor kereszteződése,aésb, merőleges rájuk, ha a jobb mutatóujját aba jobb középső ujjad pedig az irányábaa. A hüvelykujjad ac, a kapott termék aaésb. A vektorcolyan nagyságrendű, amelyet a vektorok paralelogramma területe ad megaésbspan.
•••Syed Hussain Ather
A kereszttermék a két vektor szögétől függ, mivel ez határozza meg a paralelogramma területét, amely a két vektor között áthúzódik. Két vektor kereszttermékét meghatározhatjuk
a \ szor b = | a || b | \ sin {\ theta}
valamilyen szögbőlθvektorok közöttaésb,szem előtt tartva azt az irányt mutatja, amelyet a jobbkezes szabály ad megaésb.
Iránytű mágneses ereje
Két északi pólus taszítja egymást, és két déli pólus is taszítja egymást, mint ahogy az elektromos töltések taszítják egymást, és az ellentétes töltések vonzzák egymást. Az iránytű mágneses iránytűje nyomatékkal mozog, a mozgó test forgási ereje. Kiszámíthatja ezt a nyomatékot a forgási erő, a nyomaték kereszttermékének felhasználásával, amely a mágneses mezővel mágneses momentum eredménye.
Ebben az esetben használhatja a "tau" szót
\ tau = m \ szor B = | m || B | \ sin {\ theta}
holma mágneses dipólus pillanat,Ba mágneses mező, ésθa két vektor közötti szög. Ha meghatározza, hogy a mágneses erő mekkora részét okozza a mágneses mezőben lévő tárgy forgása, akkor ez az érték a nyomaték. Meghatározhatja a mágneses momentumot vagy a mágneses tér erejét.
Mivel az iránytű tű igazodik a Föld mágneses mezőjéhez, északra fog mutatni, mert a saját magának ilyen irányú beállítása a legalacsonyabb energiaállapota. Itt a mágneses momentum és a mágneses mező egymáshoz igazodik, és a közöttük lévő szög 0 °. Az iránytű nyugalmi állapotban van, miután az összes iránytűt mozgató erőt elszámolták. Ennek a forgási mozgásnak az erejét a nyomaték segítségével határozhatja meg.
Mágnes visszataszító erejének észlelése
A mágneses mező hatására az anyag mágneses tulajdonságokat mutat, különösen olyan elemek között, mint a kobalt és a vas, amelyek párosítatlan elektronokkal rendelkeznek, amelyek mozgást engednek a mágneses mezőknek. A paramágneses vagy a diamágneses besorolású mágnesek segítségével meghatározhatja, hogy a mágneses erő vonzó vagy visszataszító a mágnes pólusai által.
A gyémántok nem vagy csak kevés párosítatlan elektronot tartalmaznak, és nem engedhetik meg, hogy a töltések olyan könnyen szabadon áramoljanak, mint más anyagok. Mágneses mezők taszítják őket. A paramágnesek párosítatlan elektronokkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik a töltés áramlását, ezért vonzódnak a mágneses mezőkhöz. Annak megállapításához, hogy egy anyag diamágneses vagy paramágneses-e, az atom többi részéhez viszonyítva határozza meg, hogy az elektronok hogyan foglalják el a pályákat.
Győződjön meg arról, hogy az elektronoknak minden pályán csak egy elektronnal kell elfoglalniuk, mielőtt a pályáknak két elektronjuk lenne. Ha párosítatlan elektronokhoz jut, mint az oxigén O esetén2, az anyag paramágneses. Egyébként diamagneses, mint N2. Elképzelheti ezt a vonzó vagy visszataszító erőt, mint az egyik mágneses dipólus kölcsönhatását a másikkal.
A külső mágneses mezőben lévő dipólus potenciális energiáját a mágneses pillanat és a mágneses mező közötti pontszorzat adja. Ez a potenciális energia
U = -m \ cdot B = - | m || B | \ cos {\ theta}
a szögértθm és B között. A pont szorzat méri a skaláris összeget, amely egy vektor x komponenseinek a másik x komponenseivel való szorzásából származik, miközben ugyanezt teszi az y komponensekre is.
Például, ha volt vektoroda = 2i + 3jésb = 4i + 5j, a két vektor kapott pontszorzata az lenne24 + 35 = 23. A potenciális energia egyenletében szereplő mínuszjel azt jelzi, hogy a potenciált negatívként határozzák meg a mágneses erő nagyobb potenciális energiáihoz.