Kartais galite pastebėti, kad magnetai vienas kitą atstumia, o kartais mato, kaip jie traukia vienas kitą. Pakeitus dviejų skirtingų magnetų formą ir orientaciją, galima pakeisti tai, kaip jie pritraukia arba atstumia vienas kitą.
Išsamiau išnagrinėję magnetines medžiagas galite geriau suprasti, kaip veikia magneto atstumianti jėga. Per šiuos pavyzdžius galite pamatyti, kaip niuansuoti ir kūrybingi gali būti magnetizmo teorijos ir mokslas.
Magneto atstumianti jėga
Priešingybės traukia. Norėdami paaiškinti, kodėl magnetai atbaido vienas kitą, šiaurinis magneto galas bus pritrauktas į kito magneto pietus. Dviejų magnetų šiaurinis ir šiaurinis galai, taip pat dviejų magnetų pietų ir pietų galai atstums vienas kitą. Magnetinė jėga yra elektrinių variklių ir patrauklių magnetų, naudojamų medicinoje, pramonėje ir tyrimuose, pagrindas.
Norėdami suprasti, kaip veikia ši atstumianti jėga, ir paaiškinti, kodėl magnetai vienas kitą atstumia ir pritraukia elektrą, svarbu ištirti magnetinės jėgos pobūdį ir daugybę įvairių reiškinių formų fizika.
Magnetinė jėga dalelėms
Dviems judančioms įkrautoms dalelėms su krūviaisq1irq2ir atitinkamus greičiusv1irv2atskirtas spindulio vektoriur, magnetinę jėgą tarp jų suteikiaBiot-Savart įstatymas:
F = \ frac {\ mu_0 q_1 q_2} {4 \ pi | r | ^ 2} v_1 \ kartus (v_2 \ kartus r)
kuriameמymikryžminis produktas, paaiškinta toliau.μ0 = 12.57×10−7 H / m, kuri yra vakuumo magnetinio pralaidumo konstanta. Turėkite omenyje| r |yra absoliuti spindulio vertė. Ši jėga labai priklauso nuo vektorių kryptiesv1, v2ir r.
Nors lygtis gali atrodyti panaši į elektrinę jėgą įkrautoms dalelėms, nepamirškite, kad magnetinė jėga naudojama tik judant dalelėms. Magnetinė jėga taip pat neatsižvelgia į amagnetinis monopolis, hipotetinė dalelė, turinti tik vieną polių, į šiaurę ar pietus, tuo tarpu elektriniu būdu įkrautos dalelės ir daiktai gali būti įkraunami viena kryptimi, teigiama arba neigiama. Šie veiksniai sukelia jėgos formų skirtumus magnetizmui ir elektrai.
Elektros ir magnetizmo teorijos taip pat rodo, kad jei turėtumėte du nejudančius magnetinius monopolius, jie vis tiek patirtų jėgą taip, kaip elektrinė jėga atsirastų tarp dviejų įkrautų dalelės.
Tačiau mokslininkai neparodė jokių eksperimentinių įrodymų, leidžiančių užtikrintai ir užtikrintai padaryti išvadą, kad egzistuoja magnetiniai monopoliai. Jei paaiškės, kad jie egzistuoja, mokslininkai galėtų pasiūlyti „magnetinio krūvio“ idėjas taip pat, kaip ir elektrai įkraunamos dalelės.
Magnetizmas atbaido ir pritraukia apibrėžimą
Jei turėsite omenyje vektorių kryptįv1, v2irr, galite nustatyti, ar jėga tarp jų yra patraukli, ar atstumianti. Pavyzdžiui, jei dalelė juda į priekį x kryptimi greičiuv, tada ši vertė turi būti teigiama. Jei jis juda kita kryptimi, v reikšmė turi būti neigiama.
Šios dvi dalelės atstumia viena kitą, jei jų tarpusavio magnetinių laukų nulemtos magnetinės jėgos panaikina viena kitą nukreipdamos skirtingomis kryptimis viena nuo kitos. Jei abi jėgos nukreiptos skirtingomis kryptimis viena kitos link, magnetinė jėga yra patraukli. Magnetinę jėgą sukelia šie dalelių judesiai.
Galite naudoti šias idėjas, kad parodytumėte, kaip magnetizmas veikia kasdieniuose daiktuose. Pvz., Jei pastatysite neodimio magnetą šalia plieninio atsuktuvo ir judinsite jį aukštyn, žemyn velenu ir tada nuimsite magnetą, atsuktuvas jame gali išlaikyti šiek tiek magnetizmo. Tai atsitinka dėl sąveikaujančių magnetinių laukų tarp dviejų objektų, kurie sukuria patrauklią jėgą, kai jie panaikina vienas kitą.
Tai atbaido ir pritraukia apibrėžimą visais magnetų ir magnetinių laukų naudojimo būdais. Stebėkite, kurios kryptys atitinka atstumimą ir trauką.
Magnetinė jėga tarp laidų
•••Syedas Hussainas Atheris
Srovoms, kurios juda krūviais laidais, magnetinę jėgą galima nustatyti kaip patrauklią arba atstumiantis, atsižvelgiant į laidų vietas vienas kito atžvilgiu ir srovės kryptį juda. Jei naudojate apskritų laidų sroves, galite naudoti dešinę, kad nustatytumėte, kaip atsiranda magnetiniai laukai.
Dešinės rankos taisyklė, skirta srovėms laidų kilpose, reiškia, kad, jei dešinės rankos pirštus uždėsite sulenktus vielos kilpos, galite nustatyti gauto magnetinio lauko kryptį ir magnetinį momentą, kaip parodyta diagramoje aukščiau. Tai leidžia nustatyti, kaip kilpos yra patrauklios ar atstumiančios viena kitą.
Dešinės rankos taisyklė taip pat leidžia nustatyti magnetinio lauko kryptį, kurią skleidžia srovė tiesia viela. Tokiu atveju dešinį nykštį nukreipiate srovės kryptimi per elektros laidą. Dešinės rankos pirštų garbanojimo kryptis nustato magnetinio lauko kryptį?
Iš šių srovių sukelto magnetinio lauko pavyzdžių galite nustatyti magnetinę jėgą tarp dviejų laidų, kurios sudaro šias magnetinio lauko linijas.
Elektros atstumti ir pritraukti apibrėžimą
•••Syedas Hussainas Atheris
Magnetiniai laukai tarp srovės laidų kilpų yra patrauklūs arba atstumiantys, atsižvelgiant į elektros srovės kryptį ir iš jų atsirandančių magnetinių laukų kryptį. Magnetinis dipolio momentas yra magneto, kuris sukuria magnetinį lauką, stiprumas ir orientacija. Aukščiau pateiktoje diagramoje atsiradusi trauka ar atstūmimas parodo šią priklausomybę.
Galite įsivaizduoti, kaip magnetinės lauko linijos, kurias skleidžia šios elektros srovės, susisuka aplink kiekvieną srovės laido kilpos dalį. Jei tos kilpinės kryptys tarp dviejų laidų yra priešingos viena kitos kryptimi, laidai traukia vienas kitą. Jei jie yra priešinga kryptimi vienas nuo kito, kilpos atstums vienas kitą.
Magnetai atbaido ir pritraukia elektrą
TheLorenco lygtismatuoja magnetinę jėgą tarp dalelės, judančios magnetiniame lauke. Lygtis yra
F = qE + qv \ kartus B
kuriameFyra magnetinė jėga,qyra įkrautos dalelės krūvis,Eyra elektrinis laukas,vyra dalelės greitis irByra magnetinis laukas. Lygtyje x žymi kryžminį sandaugą tarpqvirB.
Kryžminį produktą galima paaiškinti geometrija ir kita dešinės rankos taisyklės versija. Šį kartą jūs naudojate dešinės rankos taisyklę, kad nustatytumėte kryžminio produkto vektorių kryptį. Jei dalelė juda kryptimi, kuri nėra lygiagreti magnetiniam laukui, dalelę ji atstums.
Lorentzo lygtis parodo pagrindinį elektros ir magnetizmo ryšį. Tai sukeltų elektromagnetinio lauko ir elektromagnetinės jėgos idėjų, kurios būtų šių fizinių savybių elektriniai ir magnetiniai komponentai.
Kryžminis produktas
Dešinės rankos taisyklė nurodo, kad kryžminis sandauga tarp dviejų vektorių,airb, yra statmena joms, jei dešiniuoju rodomuoju pirštu nukreipiatebdešiniuoju viduriniu pirštu kryptimia. Jūsų nykštis parodys kryptįcgautas vektorius iš kryžminio produktoairb. Vektoriuscturi dydį, kurį suteikia lygiagretainio plotas, kurį vektoriaiairbruožas.
•••Syedas Hussainas Atheris
Kryžminis sandauga priklauso nuo kampo tarp dviejų vektorių, nes tai nustato lygiagretainio plotą, kuris tęsiasi tarp dviejų vektorių. Dviejų vektorių kryžminį sandaugą galima nustatyti kaip
a \ kartus b = | a || b | \ sin {\ theta}
tam tikram kampuiθtarp vektoriųairb,turėdamas omenyje, kad jis rodo dešinės rankos taisyklės nurodytą kryptįairb.
Magnetinė kompaso jėga
Du šiaurės ašigaliai atstumia vienas kitą, o du pietų poliai taip pat atstums vienas kitą, kaip elektriniai krūviai atstumia vienas kitą, o priešingi krūviai traukia vienas kitą. Kompaso magnetinė kompaso adata juda sukimo momentu, judančio kūno sukimosi jėga. Šį sukimo momentą galite apskaičiuoti naudodami kryžminę sukimosi jėgos, sukimo momento sandaugą, kaip magnetinio momento su magnetiniu lauku rezultatą.
Tokiu atveju galite naudoti „tau“
\ tau = m \ kartus B = | m || B | \ sin {\ theta}
kurmyra magnetinis dipolio momentas,Byra magnetinis laukas irθyra kampas tarp tų dviejų vektorių. Jei nustatysite, kiek magnetinės jėgos lemia magnetinio lauko objekto pasisukimas, ši vertė yra sukimo momentas. Galite nustatyti magnetinį momentą arba magnetinio lauko jėgą.
Kadangi kompaso adata susilygina su Žemės magnetiniu lauku, ji bus nukreipta į šiaurę, nes taip susilyginti yra žemiausia energijos būsena. Čia magnetinis momentas ir magnetinis laukas sutampa vienas su kitu, o kampas tarp jų yra 0 °. Tai kompasas ramybės būsenoje po to, kai buvo apskaitytos visos kitos jėgos, judinančios kompasą. Šio sukimosi judesio stiprumą galite nustatyti naudodami sukimo momentą.
Aptikta magneto atstumianti jėga
Dėl magnetinio lauko materija pasižymi magnetinėmis savybėmis, ypač tarp tokių elementų kaip kobaltas ir geležis, kurie turi neporinius elektronus, leidžiančius judėti krūviams ir atsirasti magnetiniams laukams. Magnetai, kurie klasifikuojami kaip paramagnetiniai arba diamagnetiniai, leidžia jums nustatyti, ar magnetinė jėga yra patraukli, ar atstumia magneto polius.
Deimantiniai magnetai neturi poruotų elektronų arba jų yra nedaug, todėl jie negali leisti krūviams laisvai tekėti taip lengvai, kaip tai daro kitos medžiagos. Juos atbaido magnetiniai laukai. Paramagnetai turi neporinius elektronus, leidžiančius krūviui tekėti, todėl juos traukia magnetiniai laukai. Norėdami nustatyti, ar medžiaga yra diamagnetinė, ar paramagnetinė, nustatykite, kaip elektronai užima orbitales, remdamiesi savo energija likusio atomo atžvilgiu.
Įsitikinkite, kad elektronai turi užimti kiekvieną orbitą tik su vienu elektronu, kol orbitalės turi du elektronus. Jei jūs pateksite į nesuporuotus elektronus, kaip yra deguonies O atveju2, medžiaga yra paramagnetinė. Priešingu atveju jis yra diamagnetinis, kaip ir N2. Galite įsivaizduoti šią patrauklią ar atstumiančią jėgą kaip vieno magnetinio dipolio sąveiką su kitu.
Dipolio potencialą išoriniame magnetiniame lauke suteikia taškinis sandauga tarp magnetinio momento ir magnetinio lauko. Ši potenciali energija yra
U = -m \ cdot B = - | m || B | \ cos {\ theta}
kampuiθtarp m ir B. Taškų sandauga matuoja skaliarinę sumą, gautą padauginus vieno vektoriaus x komponentus į x komponentus, darant tą patį y komponentams.
Pavyzdžiui, jei turite vektoriųa = 2i + 3jirb = 4i + 5j, gautas dviejų vektorių taškų sandauga būtų24 + 35 = 23. Minuso ženklas potencialios energijos lygtyje rodo, kad potencialas yra apibrėžtas kaip neigiamas didesnių potencialių magnetinės jėgos energijų atžvilgiu.