때때로 자석이 서로 밀어내는 것을 볼 수 있고, 다른 때에는 자석이 서로 끌리는 것을 볼 수 있습니다. 두 개의 서로 다른 자석 사이의 모양과 방향을 변경하면 서로 끌어 당기거나 밀어내는 방식을 변경할 수 있습니다.
자성 재료를 더 자세히 연구하면 자석의 반발력이 어떻게 작동하는지 더 잘 이해할 수 있습니다. 이 예를 통해 자기 이론과 과학이 얼마나 미묘하고 창의적인지 알 수 있습니다.
자석의 반발력
반대는 매력적입니다. 자석이 서로를 밀어내는 이유를 설명하기 위해 자석의 북쪽 끝이 다른 자석의 남쪽으로 끌립니다. 두 자석의 북쪽 끝과 북쪽 끝과 두 자석의 남쪽 끝과 남쪽 끝이 서로 밀어냅니다. 자기력은 의학, 산업 및 연구에 사용되는 전기 모터 및 매력적인 자석의 기초입니다.
이 반발력이 어떻게 작용하는지 이해하고 자석이 서로 반발하고 전기를 끌어 당기는 이유를 설명하려면 자기력의 본질과 다양한 현상에서 취하는 다양한 형태를 연구하는 것이 중요합니다. 물리학.
입자에 대한 자기력
전하로 움직이는 두 개의 하전 입자큐1과큐2및 각각의 속도V1과V2반경 벡터로 구분아르 자형, 그들 사이의 자기력은Biot-Savart 법:
F = \ frac {\ mu_0 q_1 q_2} {4 \ pi | r | ^ 2} v_1 \ times (v_2 \ times r)
어느×나타냅니다외적, 아래에 설명되어 있습니다.μ0 = 12.57×10−7 H / m, 진공에 대한 투자율 상수입니다. 명심하세요| r |반지름의 절대 값입니다. 이 힘은 벡터의 방향에 매우 밀접하게 의존합니다.V1, V2, 및 아르 자형.
방정식이 하전 된 입자의 전기력과 유사 해 보일 수 있지만 자기력은 움직이는 입자에만 사용된다는 점을 명심하십시오. 자기력은 또한자기 단극, 한 극 (북극 또는 남극) 만있는 가상 입자 인 반면, 전기로 충전 된 입자와 물체는 양 또는 음의 단일 방향으로 충전 될 수 있습니다. 이러한 요인은 자기와 전기에 대한 힘의 형태에 차이를 유발합니다.
전기와 자기 이론에 따르면 움직이지 않는 두 개의 자기 모노폴이있는 경우 그들은 두 개의 충전 된 사이에 전기력이 발생하는 것과 같은 방식으로 입자.
그러나 과학자들은 자기 모노폴이 존재한다는 확신과 확신을 가지고 결론을 내리는 실험적 증거를 보여주지 않았습니다. 만약 그들이 존재한다는 것이 밝혀지면 과학자들은 전하를 띤 입자와 같은 방식으로 "자기 전하"에 대한 아이디어를 내놓을 수 있습니다.
자기 격퇴 및 매력 정의
벡터의 방향을 염두에두면V1, V2, 및아르 자형, 당신은 그들 사이의 힘이 매력적인 지 반발적인지를 결정할 수 있습니다. 예를 들어, 입자가 속도와 함께 x 방향으로 앞으로 이동하는 경우V이면이 값은 양수 여야합니다. 다른 방향으로 이동하면 v 값은 음수 여야합니다.
이 두 입자는 각각의 자기장에 의해 결정된 자기력이 서로 다른 방향을 가리킴으로써 서로 상쇄되는 경우 서로를 밀어냅니다. 두 힘이 서로 다른 방향을 가리키면 자기력이 매력적입니다. 자기력은 이러한 입자의 움직임에 의해 발생합니다.
이러한 아이디어를 사용하여 일상적인 물체에서 자기가 어떻게 작동하는지 보여줄 수 있습니다. 예를 들어, 네오디뮴 자석을 강철 스크루 드라이버 근처에 놓고 위아래로 움직 인 다음 자석을 제거하면 스크루 드라이버 내부에 약간의 자성이 남아있을 수 있습니다. 이것은 서로 상쇄 될 때 인력을 생성하는 두 물체 사이의 상호 작용하는 자기장으로 인해 발생합니다.
이것은 자석과 자기장의 모든 용도에 적용됩니다. 반발과 끌림에 해당하는 방향을 추적하십시오.
전선 사이의 자기력
•••Syed Hussain Ather
전선을 통해 전하를 이동시키는 전류의 경우 자기력은 인력 또는 서로에 대한 전선의 위치와 전류의 방향에 따라 반발력 이동합니다. 원형 와이어의 전류의 경우 오른손을 사용하여 자기장이 어떻게 나타나는지 확인할 수 있습니다.
와이어 루프의 전류에 대한 오른손 규칙은 오른손 손가락을 방향으로 구부리면 와이어 루프의 경우 다이어그램과 같이 결과 자기장의 방향과 자기 모멘트를 결정할 수 있습니다. 위. 이를 통해 루프가 서로 매력적이거나 반발하는 방식을 결정할 수 있습니다.
오른손 법칙을 사용하면 직선의 전류가 방출하는 자기장의 방향을 결정할 수도 있습니다. 이 경우, 전선을 통과하는 전류 방향으로 오른쪽 엄지 손가락을 가리 킵니다. 오른손의 손가락이 말리는 방향이 자기장의 방향을 결정합니까?
전류에 의해 유도되는 이러한 자기장의 예에서 이러한 자기장 선을 형성하는 결과로 두 와이어 사이의 자기력을 결정할 수 있습니다.
전기는 정의를 격퇴하고 끌어 당깁니다
•••Syed Hussain Ather
전류 와이어 루프 사이의 자기장은 전류의 방향과 그로 인한 자기장의 방향에 따라 매력적이거나 반발 적입니다. 자기 쌍극자 모멘트는 자기장을 생성하는 자기의 강도와 방향입니다. 위의 다이어그램에서 그로 인한 인력 또는 반발은 이러한 의존성을 보여줍니다.
이러한 전류가 전류 와이어 루프의 각 부분 주위에서 컬링되는 자기장 선을 상상할 수 있습니다. 두 와이어 사이의 루프 방향이 서로 반대 방향이면 와이어가 서로 끌어 당깁니다. 서로 반대 방향에 있으면 루프가 서로 밀어냅니다.
자석은 전기를 격퇴하고 끌어 당깁니다
그만큼로렌츠 방정식자기장에서 움직이는 입자 사이의 자기력을 측정합니다. 방정식은
F = qE + qv \ times B
어느에프자기력,큐하 전입자의 전하입니다.이자형전기장입니다.V입자의 속도이고비자기장입니다. 방정식에서 x는 다음 사이의 외적을 나타냅니다.qv과비.
외적은 기하학과 오른손 법칙의 다른 버전으로 설명 할 수 있습니다. 이번에는 외적에서 벡터의 방향을 결정하기위한 규칙으로 오른손 법칙을 사용합니다. 입자가 자기장과 평행하지 않은 방향으로 이동하면 입자가 자기장에 의해 반발됩니다.
Lorentz 방정식은 전기와 자기 사이의 기본적인 연결을 보여줍니다. 이것은 이러한 물리적 특성의 전기 및 자기 구성 요소를 모두 나타내는 전자기장 및 전자기력에 대한 아이디어로 이어질 것입니다.
교차 제품
오른손 법칙은 두 벡터 사이의 외적,ㅏ과비, 오른쪽 집게 손가락으로 방향을 가리키면 수직입니다.비오른쪽 가운데 손가락은ㅏ. 엄지 손가락이씨, 외적의 결과 벡터ㅏ과비. 벡터씨벡터가 평행 사변형의 면적으로 주어진 크기를가집니다.ㅏ과비스팬.
•••Syed Hussain Ather
외적은 두 벡터 사이의 평행 사변형 영역을 결정하므로 두 벡터 사이의 각도에 따라 달라집니다. 두 벡터에 대한 외적은 다음과 같이 결정될 수 있습니다.
a \ times b = | a || b | \ sin {\ theta}
어떤 각도로θ벡터 사이ㅏ과비,그것은 사이의 오른손 규칙에 의해 주어진 방향을 가리킨다는 것을 명심하십시오ㅏ과비.
나침반의 자기력
두 개의 북극은 서로를 밀어 내고, 두 개의 남극은 전하가 서로 밀어 내고 반대 전하가 서로를 끌어 당기는 것처럼 서로를 밀어냅니다. 나침반의 자기 나침반 바늘은 움직이는 신체의 회전력 인 토크와 함께 움직입니다. 자기장과 자기 모멘트의 결과로 회전력, 토크의 외적을 사용하여이 토크를 계산할 수 있습니다.
이 경우 "tau"를 사용할 수 있습니다.
\ tau = m \ times B = | m || B | \ sin {\ theta}
어디미디엄자기 쌍극자 모멘트,비자기장이고θ두 벡터 사이의 각도입니다. 자기장에서 물체의 회전으로 인한 자기력의 양을 결정하면 그 값이 토크입니다. 자기 모멘트 또는 자기장의 힘을 결정할 수 있습니다.
나침반 바늘은 지구 자기장과 정렬되기 때문에이 방향으로 정렬하면 가장 낮은 에너지 상태이므로 북쪽을 가리 킵니다. 이것은 자기 모멘트와 자기장이 서로 정렬되고 그 사이의 각도가 0 °입니다. 나침반을 이리저리 움직이는 다른 모든 힘이 고려 된 후 정지 상태의 나침반입니다. 토크를 사용하여이 회전 운동의 강도를 결정할 수 있습니다.
자석의 반발력 감지
자기장은 특히 전하를 움직이고 자기장이 발생하도록하는 짝을 이루지 않은 전자를 가진 코발트와 철과 같은 원소 사이에서 물질이 자기 특성을 나타내도록합니다. 상자성 또는 반자성으로 분류되는 자석을 사용하면 자기력이 자석의 극에 의해 매력적인 지 반발 적인지 여부를 결정할 수 있습니다.
Diamagnets는 짝을 이루지 않은 전자가 없거나 거의 없으며 다른 물질처럼 쉽게 전하가 흐르도록 할 수 없습니다. 그들은 자기장에 의해 격퇴됩니다. 파라 마그넷은 전하가 흐르게하는 짝이없는 전자를 가지고 있으므로 자기장에 끌립니다. 물질이 반자성인지 상자성인지 확인하려면 전자가 나머지 원자에 대한 에너지를 기준으로 궤도를 차지하는 방식을 결정합니다.
궤도가 두 개의 전자를 갖기 전에 전자가 하나의 전자만으로 모든 궤도를 차지해야합니다. 산소 O의 경우처럼 짝을 이루지 않은 전자로 끝날 경우2, 재료는 상자성입니다. 그렇지 않으면 N과 같은 반자성입니다.2. 이 매력적이거나 반발하는 힘은 하나의 자기 쌍극자와 다른 쌍극자의 상호 작용으로 상상할 수 있습니다.
외부 자기장에서 쌍극자의 위치 에너지는 자기 모멘트와 자기장 사이의 내적에 의해 제공됩니다. 이 잠재적 에너지는
U = -m \ cdot B =-| m || B | \ cos {\ theta}
각도를 위해θm과 B 사이. 내적은 한 벡터의 x 구성 요소를 다른 벡터의 x 구성 요소에 곱하면서 y 구성 요소에 대해 동일한 작업을 수행 한 결과 스칼라 합계를 측정합니다.
예를 들어, 벡터가 있다면a = 2i + 3j과b = 4i + 5j, 두 벡터의 결과 내적은 다음과 같습니다.24 + 35 = 23. 포텐셜 에너지 방정식에서 마이너스 기호는 포텐셜이 자기력의 더 높은 포텐셜 에너지에 대해 음으로 정의됨을 나타냅니다.