შეიძლება ზოგჯერ იხილოთ მაგნიტები როგორ იგერიებენ ერთმანეთს, ზოგჯერ კი ხედავენ, როგორ იზიდავს ისინი ერთმანეთს. ფორმისა და ორიენტაციის შეცვლას ორ განსხვავებულ მაგნიტს შორის შეიძლება შეიცვალოს ერთმანეთის მიზიდვის ან მოგერიების გზა.
მაგნიტური მასალების უფრო დეტალურად შესწავლით უკეთესი წარმოდგენა შეგიქმნით იმის შესახებ, თუ როგორ მუშაობს მაგნიტის მოგერიებადი ძალა. ამ მაგალითების საშუალებით ხედავთ რამდენად ნიუანსირებული და შემოქმედებითი შეიძლება იყოს მაგნეტიზმის თეორიები და მეცნიერება.
მაგნიტის მოსაგერიებელი ძალა
მოპირდაპირეები იზიდავს. იმის ასახსნელად, თუ რატომ იგერიებენ მაგნიტები ერთმანეთს, მაგნიტის ჩრდილოეთი ნაწილი მოზიდული იქნება სხვა მაგნიტის სამხრეთით. ორი მაგნიტის ჩრდილოეთი და ჩრდილოეთი ბოლოები, ისევე როგორც ორი მაგნიტის სამხრეთ და სამხრეთ ბოლოები მოგერიდებათ ერთმანეთისგან. მაგნიტური ძალა არის ელექტროძრავებისა და მიმზიდველი მაგნიტების საფუძველი მედიცინაში, მრეწველობაში და კვლევაში გამოსაყენებლად.
იმის გაგება, თუ როგორ მუშაობს ეს მოგერიებითი ძალა და ახსენით, რატომ აგერიებენ მაგნიტები ერთმანეთს და იზიდავენ ელექტროენერგიას, მნიშვნელოვანია შეისწავლოს მაგნიტური ძალის ხასიათი და მრავალი ფორმა, რომელსაც იგი იღებს სხვადასხვა ფენომენში ფიზიკა
მაგნიტური ძალა ნაწილაკებზე
ორი მოძრავი დამუხტული ნაწილაკისთვის მუხტითq1დაq2და შესაბამისი სიჩქარეებივ1დავ2გამოყოფილია რადიუსის ვექტორითრ, მათ შორის მაგნიტურ ძალას იძლევაბიოტ-სავარტის კანონი:
F = \ frac {\ mu_0 q_1 q_2} {4 \ pi | r | ^ 2} v_1 \ ჯერ (v_2 \ ჯერ r)
რომელშიც×აღნიშნავსჯვარედინი პროდუქტი, განმარტებულია ქვემოთ.μ0 = 12.57×10−7 ჰ / მ, რაც მაგნიტური გამტარიანობის მუდმივია ვაკუუმისთვის. გაითვალისწინეთ| რ |არის რადიუსის აბსოლუტური მნიშვნელობა. ეს ძალა ძალიან მჭიდროდ არის დამოკიდებული ვექტორების მიმართულებაზევ1, ვ2და რ.
მიუხედავად იმისა, რომ განტოლება შეიძლება ჩანდეს დამუხტული ნაწილაკების ელექტრული ძალის მსგავსი, გახსოვდეთ, რომ მაგნიტური ძალა გამოიყენება მხოლოდ ნაწილაკების გადასაადგილებლად. მაგნიტური ძალა ასევე არ ითვალისწინებს ამაგნიტური მონოპოლი, ჰიპოთეტური ნაწილაკი, რომელსაც მხოლოდ ერთი პოლუსი ექნებოდა, ჩრდილოეთი ან სამხრეთი, ხოლო ელექტრონულად დამუხტული ნაწილაკები და საგნები შეიძლება დამუხტული იყოს ერთი მიმართულებით, დადებითი ან უარყოფითი. ეს ფაქტორები იწვევს განსხვავებას ძალის ფორმებში მაგნეტიზმისა და ელექტროენერგიისთვის.
ელექტროენერგიის და მაგნეტიზმის თეორიები ასევე აჩვენებს, თუ გქონდა ორი მაგნიტური მონოპოლი, რომლებიც არ მოძრაობდნენ, ისინი კვლავ განიცდიან ძალას ისევე, როგორც ელექტრული ძალა მოხდება ორ დამუხტულს შორის ნაწილაკები.
ამასთან, მეცნიერებს არ აქვთ ნაჩვენები რაიმე ექსპერიმენტული მტკიცებულება, რომ დარწმუნებით და დარწმუნდნენ, რომ მაგნიტური მონოპოლები არსებობს. თუ აღმოჩნდება, რომ ისინი არსებობენ, მეცნიერებს შეეძლებათ "მაგნიტური მუხტის" იდეების წარმოდგენა ისევე, როგორც ელექტრონულად დამუხტული ნაწილაკები.
მაგნეტიზმი მოგერიება და იზიდავს განმარტებას
თუ გაითვალისწინებთ ვექტორების მიმართულებასვ1, ვ2დართქვენ შეგიძლიათ დაადგინოთ მიმზიდველია თუ მოგერიებადი ძალა მათ შორის. მაგალითად, თუ თქვენ გაქვთ ნაწილაკი სიჩქარით x- მიმართულებითვ, მაშინ ეს მნიშვნელობა უნდა იყოს დადებითი. თუ ის სხვა მიმართულებით მოძრაობს, მაშინ v მნიშვნელობა უნდა იყოს უარყოფითი.
ეს ორი ნაწილაკი მოგერიებს ერთმანეთს, თუ მათ შორის მათი შესაბამისი მაგნიტური ველებით განსაზღვრული მაგნიტური ძალები გააუქმებენ ერთმანეთს ერთმანეთისგან დაშორებული სხვადასხვა მიმართულებით. თუ ორი ძალა ერთმანეთისკენ მიმართულია სხვადასხვა მიმართულებით, მაგნიტური ძალა მიმზიდველია. მაგნიტური ძალა გამოწვეულია ნაწილაკების ამ მოძრაობებით.
შეგიძლიათ გამოიყენოთ ეს იდეები იმის საჩვენებლად, თუ როგორ მუშაობს მაგნეტიზმი ყოველდღიურ საგნებში. მაგალითად, თუ ნეოდმიუმის მაგნიტს მოათავსებთ ფოლადის ხრახნიან მახლობლად და გადააადგილეთ იგი ზემოთ, ლილვზე ქვემოთ და შემდეგ ამოიღეთ მაგნიტი, შეიძლება ხრახნიანმა შეინარჩუნოს მაგნიტიზმი მის შიგნით. ეს ხდება ორ ობიექტს შორის ურთიერთქმედი მაგნიტური ველის გამო, რომლებიც ქმნიან მიმზიდველ ძალას, როდესაც ისინი ერთმანეთს გააუქმებენ.
ეს მოგერიება და მოზიდვა განსაზღვრავს მაგნიტებისა და მაგნიტური ველების ყველა გამოყენებას. გაითვალისწინეთ რომელი მიმართულებები შეესაბამება მოგერიებას და მოზიდვას.
მაგნიტური ძალა სადენებს შორის
•••საიდ ჰუსეინ ათერი
დენებისთვის, რომლებიც გადაადგილდებიან მუხტების მეშვეობით მავთულები, მაგნიტური ძალა შეიძლება განისაზღვროს, როგორც მიმზიდველი ან მოგერიება მავთულხლართების ადგილმდებარეობის გათვალისწინებით და დენის მიმართულებით მოძრაობს. წრიულ მავთულხლართებში, შეგიძლიათ გამოიყენოთ მარჯვენა ხელი, რათა განსაზღვროთ, თუ როგორ წარმოიქმნება მაგნიტური ველები.
მავთულის მარყუჟებში დენებისაგან მარჯვენა წესი ნიშნავს, რომ თუ მარჯვენა ხელის თითებს ატრიალებთ მიმართულებით მავთულის მარყუჟის საშუალებით შეგიძლიათ განსაზღვროთ შედეგად მაგნიტური ველისა და მაგნიტური მომენტის მიმართულება, როგორც ეს ნაჩვენებია დიაგრამაზე ზემოთ ეს საშუალებას გაძლევთ დაადგინოთ, რამდენად მიმზიდველი ან მოგერიებაა მარყუჟები ერთმანეთზე.
მარჯვენა წესი ასევე საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ მაგნიტური ველის მიმართულება, რომელსაც უშვებს სწორი მავთული. ამ შემთხვევაში, თქვენ მიუთითებთ თქვენს მარჯვენა თითს ელექტრული მავთულის მეშვეობით დენის მიმართულებით. თქვენი მარჯვენა თითების დახვევის მიმართულება განსაზღვრავს მაგნიტური ველის მიმართულებას?
დენის მიერ გამოწვეული მაგნიტური ველის ამ მაგალითებიდან შეგიძლიათ განსაზღვროთ მაგნიტური ძალა ორ მავთულს შორის, ამ მაგნიტური ველის ხაზების ფორმირების შედეგად.
ელექტროენერგიის მოგერიება და განმარტება
•••საიდ ჰუსეინ ათერი
მაგნიტური ველები მიმდინარე სადენების მარყუჟებს შორის მიმზიდველია ან მოგერიება დამოკიდებულია ელექტროენერგიის მიმართულების და მაგნიტური ველის მიმართულებისგან. მაგნიტური დიპოლური მომენტი არის მაგნიტის ძალა და ორიენტაცია, რომელიც წარმოქმნის მაგნიტურ ველს. ზემოთ მოცემულ დიაგრამაზე, შედეგად მოზიდვა ან მოგერიება აჩვენებს ამ დამოკიდებულებას.
თქვენ წარმოიდგინეთ მაგნიტური ველის ხაზები, რომლებსაც ეს ელექტრული დენები გამოყოფენ, როგორც ტალღოვანი დენის მავთულის თითოეული ნაწილის გარშემო. თუ ორ მავთულს შორის არსებული მიბმის მიმართულებები საპირისპირო მიმართულებით არის მიმართული, მავთულები ერთმანეთს მიიზიდავს. თუ ისინი ერთმანეთისგან საპირისპირო მიმართულებით არიან, მარყუჟები ერთმანეთს მოგერიდებათ.
მაგნიტები მოიგერიებს და იზიდავს ელექტროენერგიას
ლორენცის განტოლებაზომავს მაგნიტურ ძალას მაგნიტურ ველში მოძრავ ნაწილაკს შორის. განტოლება არის
F = qE + qv \ ჯერ B
რომელშიცვარის მაგნიტური ძალა,qარის დამუხტული ნაწილაკის მუხტი,ეარის ელექტრული ველი,ვარის ნაწილაკის სიჩქარე დაბარის მაგნიტური ველი. განტოლებაში x აღნიშნავს ჯვარედინი პროდუქტს შორისკვდაბ.
ჯვარედინი პროდუქტის ახსნა შესაძლებელია გეომეტრიითა და მარჯვენა წესის სხვა ვერსიით. ამჯერად, ჯვრის პროდუქტში ვექტორების მიმართულების განსაზღვრის წესად იყენებთ მარჯვენა წესს. თუ ნაწილაკი იმ მიმართულებით იმოძრავებს, რომელიც არ არის მაგნიტური ველის პარალელური, ნაწილაკი მას მოგერიდება.
ლორენცის განტოლება გვიჩვენებს ფუნდამენტურ კავშირს ელექტროენერგიასა და მაგნეტიზმს შორის. ეს გამოიწვევს ელექტრომაგნიტური ველისა და ელექტრომაგნიტური ძალის იდეებს, რომლებიც წარმოადგენენ ამ ფიზიკური თვისებების როგორც ელექტრო, ასევე მაგნიტურ კომპონენტებს.
ჯვრის პროდუქტი
მარჯვენა წესი გიჩვენებთ, რომ ჯვარი პროდუქტი ორ ვექტორს შორის,ადაბ, არის მათი პერპენდიკულარული, თუ სწორ საჩვენებელ თითს მიმართავთბდა თქვენი მარჯვენა შუა თითი მიმართულებითა. თქვენი თითი მიუთითებს მიმართულებითგ, მიღებული ვექტორი ჯვარედინი პროდუქტიდანადაბ. ვექტორიგაქვს ვექტორული პარალელოგრამის ფართობის მიერ მოცემული სიდიდეადაბსიგრძე
•••საიდ ჰუსეინ ათერი
ჯვარედინი პროდუქტი დამოკიდებულია ორ ვექტორს შორის კუთხესთან, რადგან ეს განსაზღვრავს პარალელოგრამის არეალს, რომელიც ორ ვექტორს შორისაა. ჯვარი პროდუქტი ორი ვექტორისთვის შეიძლება განისაზღვროს, როგორც
a \ ჯერ b = | a || b | \ sin {\ theta}
გარკვეული კუთხისთვისθვექტორებს შორისადაბ,გაითვალისწინეთ, რომ ის მიუთითებს მიმართულებით, რომელიც მოცემულია მარჯვენა ხელის წესითადაბ.
კომპასის მაგნიტური ძალა
ჩრდილოეთის ორი პოლუსი მოგერიებს ერთმანეთს და ორი სამხრეთ პოლუსიც მოგერიდება, ისევე, როგორც ელექტრული მუხტები მოგერიებს ერთმანეთს და საპირისპირო მუხტები იზიდავს ერთმანეთს. კომპასის მაგნიტური კომპასის ნემსი მოძრაობს ბრუნვით, მოძრაობს სხეულის ბრუნვითი ძალა. თქვენ შეგიძლიათ გამოანგარიშოთ ბრუნვა ბრუნვის ძალის ჯვარედინი პროდუქტის, ბრუნვის გამოყენებით, მაგნიტური მომენტის მაგნიტური ველის შედეგად.
ამ შემთხვევაში შეგიძლიათ გამოიყენოთ "tau"
\ tau = მ \ ჯერ B = | მ || B | \ sin {\ theta}
სადმარის მაგნიტური დიპოლური მომენტი,ბარის მაგნიტური ველი დაθარის კუთხე ამ ორ ვექტორს შორის. თუ დაადგენთ, მაგნიტური ძალის რა ნაწილია მაგნიტური ველის ობიექტის ბრუნვის გამო, ეს მნიშვნელობა არის ბრუნვა. თქვენ შეგიძლიათ განსაზღვროთ მაგნიტური მომენტი ან მაგნიტური ველის ძალა.
იმის გამო, რომ კომპასის ნემსი თავსებადია დედამიწის მაგნიტურ ველთან, ის ჩრდილოეთისკენ მიემართება, რადგან ამ გზით თავის გასწორება მისი ყველაზე დაბალი ენერგეტიკული მდგომარეობაა. ეს არის სადაც მაგნიტური მომენტი და მაგნიტური ველი უთანაბრდება ერთმანეთს და მათ შორის კუთხე არის 0 °. ეს კომპასია დანარჩენი მას შემდეგ, რაც აღირიცხება ყველა სხვა ძალა, რომლებიც მოძრაობენ კომპას გარშემო. შეგიძლიათ განსაზღვროთ ამ ბრუნვის მოძრაობის სიძლიერე ბრუნვის გამოყენებით.
მაგნიტის მოგერიების ძალის გამოვლენა
მაგნიტური ველი იწვევს მატერიის მაგნიტური თვისებების გამოვლენას, განსაკუთრებით იმ ელემენტებს შორის, როგორიცაა კობალტი და რკინა, რომლებსაც აქვთ შეუწყვილებელი ელექტრონები, რომლებიც მუხტებს მოძრაობენ და მაგნიტური ველები წარმოიქმნება. მაგნიტები, რომლებიც კლასიფიცირდება როგორც პარამაგნიტური ან დიამაგნიტური, საშუალებას გაძლევთ დაადგინოთ არის მაგნიტური ძალა მიმზიდველი თუ მოგერიება მაგნიტის პოლუსებისთვის.
დიამაგნეტებს არ აქვთ ან რამდენიმე დაწყვილებული ელექტრონი და არ შეუძლიათ მუხტებზე თავისუფლად შემოვა, როგორც სხვა მასალები. ისინი მოგერიებულია მაგნიტური ველებით. პარამაგნიტებს აქვთ შეუწყვილებელი ელექტრონები, რომ მუხტი შემოიტანონ და, შესაბამისად, მათ იზიდავს მაგნიტური ველები. იმის დასადგენად, არის თუ არა მასალა დიამაგნიტური ან პარამაგნიტური, განსაზღვრეთ, თუ როგორ იკავებენ ელექტრონები ორბიტალებს მათი ენერგიის საფუძველზე დანარჩენი ატომის მიმართ.
დარწმუნდით, რომ ელექტრონებმა უნდა დაიკავონ ყველა ორბიტალი მხოლოდ ერთი ელექტრონით, სანამ ორბიტალებს ორი ელექტრონი ექნებათ. თუ დაწყვილებული ელექტრონები აღმოჩნდებით, როგორც ეს ხდება ჟანგბადის O- ს შემთხვევაში2, მასალა არის პარამაგნიტური. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ეს არის დიამაგნიტური, ისევე როგორც N2. თქვენ შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ ეს მიმზიდველი ან მოგერიებადი ძალა, როგორც ერთი მაგნიტური დიპოლის ურთიერთქმედება მეორესთან.
დიპოლის პოტენციური ენერგია გარე მაგნიტურ ველში მოცემულია წერტილოვანი პროდუქტით მაგნიტურ მომენტსა და მაგნიტურ ველს შორის. ეს პოტენციური ენერგიაა
U = -m \ cdot B = - | მ || B | \ cos {\ theta}
კუთხისთვისθმ-სა და ბ-ს შორის. წერტილოვანი პროდუქტი ზომავს სკალარულ ჯამს, რომელიც წარმოიქმნება ერთი ვექტორის x კომპონენტის გამრავლებით და მეორე კომპონენტის x კომპონენტზე, ხოლო იგივე ხდება y კომპონენტებისთვის.
მაგალითად, თუ გქონდათ ვექტორიa = 2i + 3jდაb = 4i + 5კ, ორი ვექტორის მიღებული წერტილოვანი პროდუქტი იქნება24 + 35 = 23. პოტენციური ენერგიის განტოლების მინუს ნიშანი მიუთითებს იმაზე, რომ პოტენციალი განისაზღვრება როგორც უარყოფითი მაგნიტური ძალის უფრო მაღალი პოტენციური ენერგიებისთვის.