Anda mungkin kadang-kadang melihat magnet saling tolak-menolak, dan di lain waktu melihat magnet saling tarik-menarik. Mengubah bentuk dan orientasi antara dua magnet yang berbeda dapat mengubah cara mereka menarik atau menolak satu sama lain.
Mempelajari bahan magnet secara lebih rinci dapat memberi Anda gambaran yang lebih baik tentang cara kerja gaya tolak magnet. Melalui contoh-contoh ini, Anda dapat melihat betapa bernuansa dan kreatifnya teori dan ilmu magnetisme.
Gaya Menolak Magnet
Ketertarikan yang berlawanan. Untuk menjelaskan mengapa magnet saling tolak, ujung utara magnet akan ditarik ke selatan magnet lain. Ujung utara dan utara dua magnet serta ujung selatan dan selatan dua magnet akan saling tolak menolak. Gaya magnet adalah dasar untuk motor listrik dan magnet yang menarik untuk digunakan dalam kedokteran, industri, dan penelitian.
Untuk memahami cara kerja gaya tolak-menolak ini dan menjelaskan mengapa magnet saling tolak-menolak dan menarik listrik, penting untuk mempelajari sifat gaya magnet dan banyak bentuknya dalam berbagai fenomena di fisika.
Gaya Magnet pada Partikel
Untuk dua partikel bermuatan yang bergerak dengan muatanq1danq2dan kecepatan masing-masingv1danv2dipisahkan oleh vektor radiusr, gaya magnet di antara mereka diberikan olehHukum Biot-Savart:
F=\frac{\mu_0 q_1 q_2}{4\pi |r|^2}v_1\times (v_2\times r)
di mana×menunjukkanproduk silang, dijelaskan di bawah ini.μ0 = 12.57×10−7 H/m, yang merupakan konstanta permeabilitas magnetik untuk ruang hampa. Mengingat|r|adalah nilai absolut dari jari-jari. Gaya ini sangat bergantung pada arah vektorv1, v2, dan r.
Meskipun persamaan tersebut mungkin tampak serupa dengan gaya listrik pada partikel bermuatan, perlu diingat bahwa gaya magnet hanya digunakan untuk partikel yang bergerak. Gaya magnet juga tidak memperhitungkan amonopol magnetik, partikel hipotetis yang hanya akan memiliki satu kutub, utara atau selatan, sedangkan partikel dan benda bermuatan listrik dapat bermuatan dalam satu arah, positif atau negatif. Faktor-faktor ini menyebabkan perbedaan bentuk gaya untuk magnet dan listrik.
Teori listrik dan magnet juga menunjukkan, jika Anda memiliki dua kutub magnet yang tidak bergerak, mereka masih akan mengalami gaya dengan cara yang sama seperti gaya listrik akan terjadi antara dua muatan partikel.
Namun, para ilmuwan belum menunjukkan bukti eksperimental untuk menyimpulkan dengan pasti dan yakin bahwa monopol magnetik ada. Jika ternyata mereka benar-benar ada, para ilmuwan dapat memunculkan gagasan tentang "muatan magnetis" seperti halnya partikel bermuatan listrik.
Definisi Tolak dan Tarik Magnetisme
Jika Anda mengingat arah vektorv1, v2, danr, Anda dapat menentukan apakah gaya di antara keduanya adalah gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak. Misalnya, jika Anda memiliki partikel yang bergerak maju dalam arah x dengan kecepatanv, maka nilai ini harus positif. Jika bergerak ke arah lain, maka nilai v harus negatif.
Kedua partikel ini saling tolak menolak jika gaya magnet yang ditentukan oleh medan magnet masing-masing di antara mereka saling meniadakan dengan menunjuk ke arah yang berbeda menjauh satu sama lain. Jika dua gaya menunjuk ke arah yang berbeda terhadap satu sama lain, gaya magnet adalah menarik. Gaya magnet disebabkan oleh gerakan partikel ini.
Anda dapat menggunakan ide-ide ini untuk menunjukkan bagaimana magnet bekerja pada benda sehari-hari. Misalnya, jika Anda menempatkan magnet neodymium di dekat obeng baja dan memindahkannya ke atas, ke bawah poros, lalu melepas magnet, obeng mungkin menyimpan beberapa magnet di dalamnya. Ini terjadi karena medan magnet yang berinteraksi antara dua benda yang menciptakan gaya tarik menarik ketika mereka saling meniadakan.
Definisi tolak-menarik ini berlaku dalam semua penggunaan magnet dan medan magnet. Melacak arah mana yang sesuai dengan tolakan dan tarik-menarik.
Gaya Magnet Antar Kabel
•••Syed Hussain Ather
Untuk arus yang mengalirkan muatan melalui kawat, gaya magnet dapat ditentukan sebagai gaya tarik-menarik atau tolak-menolak berdasarkan lokasi kabel terhadap satu sama lain dan arah arus bergerak. Untuk arus dalam kabel melingkar, Anda dapat menggunakan tangan kanan untuk menentukan bagaimana medan magnet muncul.
Aturan tangan kanan untuk arus dalam lilitan kabel berarti bahwa, jika Anda meletakkan jari-jari tangan kanan Anda melengkung ke arah dari loop kawat, Anda dapat menentukan arah medan magnet yang dihasilkan dan momen magnet, seperti yang ditunjukkan pada diagram atas. Ini memungkinkan Anda menentukan bagaimana loop menarik atau menjijikkan antara satu sama lain.
Aturan tangan kanan juga memungkinkan Anda menentukan arah medan magnet yang dipancarkan arus dalam kawat lurus. Dalam hal ini, Anda mengarahkan ibu jari kanan ke arah arus yang melalui kabel listrik. Arah bagaimana jari-jari tangan kanan Anda melengkung menentukan arah medan magnet?
Dari contoh-contoh medan magnet yang diinduksi oleh arus ini, Anda dapat menentukan gaya magnet antara dua kawat sebagai akibat dari garis-garis medan magnet ini.
Definisi Tolak dan Tarik Listrik
•••Syed Hussain Ather
Medan magnet antara loop kabel saat ini menarik atau menolak tergantung pada arah arus listrik dan arah medan magnet yang dihasilkan dari mereka. Momen dipol magnet adalah kekuatan dan orientasi magnet yang menghasilkan medan magnet. Dalam diagram di atas, gaya tarik atau tolak yang dihasilkan menunjukkan ketergantungan ini.
Anda dapat membayangkan garis-garis medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik ini sebagai melingkar di sekitar setiap bagian dari loop kawat arus. Jika arah looping antara dua kabel berlawanan arah satu sama lain, kabel akan menarik satu sama lain. Jika mereka berada di arah yang berlawanan dari satu sama lain, loop akan saling tolak.
Magnet Tolak dan Tarik Listrik
Itupersamaan Lorentzmengukur gaya magnet antara partikel yang bergerak dalam medan magnet. persamaannya adalah
F=qE+qv\kali B
di manaFadalah gaya magnet,qadalah muatan partikel bermuatan,Eadalah medan listrik,vadalah kecepatan partikel, danBadalah medan magnet. Dalam persamaan, x menunjukkan hasil kali silang antaraqvdanB.
Perkalian silang dapat dijelaskan dengan geometri dan versi lain dari aturan tangan kanan. Kali ini, Anda menggunakan aturan tangan kanan sebagai aturan untuk menentukan arah vektor dalam perkalian silang. Jika partikel bergerak ke arah yang tidak sejajar dengan medan magnet, partikel akan ditolak olehnya.
Persamaan Lorentz menunjukkan hubungan mendasar antara listrik dan magnet. Ini akan mengarah pada gagasan medan elektromagnetik dan gaya elektromagnetik yang mewakili komponen listrik dan magnet dari sifat fisik ini.
Lintas Produk
Aturan tangan kanan menyatakan bahwa perkalian silang antara dua vektor,Sebuahdanb, adalah tegak lurus dengan mereka jika Anda mengarahkan jari telunjuk kanan ke arahbdan jari tengah kanan Anda ke arahSebuah. Ibu jari Anda akan menunjuk ke arahc, vektor yang dihasilkan dari perkalian silang dariSebuahdanb. vektorcmemiliki besaran yang diberikan oleh luas jajar genjang yang vektorSebuahdanbmenjangkau.
•••Syed Hussain Ather
Perkalian silang tergantung pada sudut antara dua vektor karena ini menentukan luas jajaran genjang yang membentang di antara dua vektor. Sebuah produk silang untuk dua vektor dapat ditentukan sebagai
a\times b = |a||b|\sin{\theta}
untuk beberapa sudutθantar vektorSebuahdanb,mengingat itu menunjuk ke arah yang diberikan oleh aturan tangan kanan antaraSebuahdanb.
Gaya Magnet Kompas
Dua kutub utara saling tolak menolak, dan dua kutub selatan juga akan saling tolak menolak seperti halnya muatan listrik yang sejenis saling tolak menolak dan muatan yang berlawanan saling tarik menarik. Jarum kompas magnetik kompas bergerak dengan torsi, gaya rotasi benda yang bergerak. Anda dapat menghitung torsi ini menggunakan perkalian silang dari gaya rotasi, torsi, sebagai hasil momen magnet dengan medan magnet.
Dalam hal ini, Anda dapat menggunakan "tau"
\tau = m\kali B = |m|| B|\sin{\theta}
dimanasayaadalah momen dipol magnet,Badalah medan magnet, danθadalah sudut antara kedua vektor tersebut. Jika Anda menentukan berapa banyak gaya magnet yang disebabkan oleh rotasi untuk suatu objek dalam medan magnet, nilai itu adalah torsi. Anda dapat menentukan momen magnet atau gaya medan magnet.
Karena jarum kompas sejajar dengan medan magnet bumi, jarum akan menunjuk ke utara karena menyejajarkan diri dengan cara ini adalah keadaan energi terendahnya. Di sinilah momen magnet dan medan magnet sejajar satu sama lain dan sudut di antara keduanya adalah 0°. Ini adalah kompas yang diam setelah semua kekuatan lain yang menggerakkan kompas telah diperhitungkan. Anda dapat menentukan kekuatan gerakan rotasi ini menggunakan torsi.
Mendeteksi Kekuatan Menolak Magnet
Medan magnet menyebabkan materi menunjukkan sifat magnetik, terutama di antara unsur-unsur seperti kobalt dan besi yang memiliki elektron tidak berpasangan yang memungkinkan muatan bergerak dan medan magnet muncul. Magnet yang diklasifikasikan sebagai paramagnetik atau diamagnetik memungkinkan Anda menentukan apakah gaya magnet menarik atau menolak oleh kutub magnet.
Diamagnet tidak memiliki atau sedikit elektron yang tidak berpasangan dan tidak dapat membiarkan muatan mengalir dengan mudah seperti bahan lainnya. Mereka ditolak oleh medan magnet. Paramagnet memiliki elektron yang tidak berpasangan untuk membiarkan muatan mengalir dan, oleh karena itu, tertarik ke medan magnet. Untuk menentukan apakah suatu bahan diamagnetik atau paramagnetik, tentukan bagaimana elektron menempati orbital berdasarkan energinya terhadap bagian atom lainnya.
Pastikan elektron harus menempati setiap orbital dengan hanya satu elektron sebelum orbital memiliki dua elektron. Jika Anda berakhir dengan elektron yang tidak berpasangan, seperti halnya dengan oksigen O2, bahannya paramagnetik. Jika tidak, itu diamagnetik, seperti N2. Anda dapat membayangkan gaya tarik menarik atau tolak menolak ini sebagai interaksi satu dipol magnet dengan yang lain.
Energi potensial dipol dalam medan magnet luar diberikan oleh produk titik antara momen magnet dan medan magnet. Energi potensial ini adalah
U=-m\cdot B=-|m|| B|\cos{\theta}
untuk sudutθantara m dan B Perkalian titik mengukur jumlah skalar yang dihasilkan dari mengalikan komponen x dari satu vektor ke komponen x lainnya sambil melakukan hal yang sama untuk komponen y.
Misalnya, jika Anda memiliki vektora = 2i + 3jdanb = 4i + 5j, produk titik yang dihasilkan dari dua vektor adalah24 + 35 = 23. Tanda minus dalam persamaan untuk energi potensial menunjukkan bahwa potensial didefinisikan sebagai negatif untuk energi potensial yang lebih tinggi dari gaya magnet.