Dažreiz jūs varat redzēt, kā magnēti viens otru atgrūž, un citreiz jūs varat redzēt, kā viņi piesaista viens otru. Formas un orientācijas maiņa starp diviem dažādiem magnētiem var mainīt veidu, kā tie vai nu piesaista, vai atgrūž viens otru.
Detalizētāk izpētot magnētiskos materiālus, varat iegūt labāku priekšstatu par to, kā darbojas magnēta atgrūšanas spēks. Izmantojot šos piemērus, jūs varat redzēt, cik niansēti un radoši var būt magnētisma teorijas un zinātne.
Magnēta atbaidīšanas spēks
Pretpoli pievelkas. Lai izskaidrotu, kāpēc magnēti viens otru atgrūž, magnēta ziemeļu gals tiks piesaistīts uz citu magnētu dienvidiem. Divu magnētu ziemeļu un ziemeļu, kā arī divu magnētu dienvidu un dienvidu gali viens otru atgrūdīs. Magnētiskais spēks ir pamats elektromotoriem un pievilcīgiem magnētiem izmantošanai medicīnā, rūpniecībā un pētniecībā.
Lai saprastu, kā darbojas šis atgrūdošais spēks, un izskaidrot, kāpēc magnēti viens otru atgrūž un piesaista elektrību, ir svarīgi izpētīt magnētiskā spēka būtību un daudzos veidus, kādos tas notiek dažādās parādībās fizika.
Magnētiskais spēks uz daļiņām
Divām kustīgām lādētām daļiņām ar lādiņiemq1unq2un attiecīgie ātrumiv1unv2atdalīts ar rādiusa vektorur, magnētisko spēku starp tiem dodBiot-Savart likums:
F = \ frac {\ mu_0 q_1 q_2} {4 \ pi | r | ^ 2} v_1 \ reizes (v_2 \ reizes r)
kurā×apzīmēkrusta produkts, paskaidrots zemāk.μ0 = 12.57×10−7 H / m, kas ir vakuuma magnētiskās caurlaidības konstante. Paturi prātā| r |ir absolūtā rādiusa vērtība. Šis spēks ir ļoti cieši atkarīgs no vektoru virzienav1, v2, un r.
Kaut arī vienādojums var šķist līdzīgs elektriskajam spēkam uz lādētām daļiņām, paturiet prātā, ka magnētiskais spēks tiek izmantots tikai daļiņu pārvietošanai. Magnētiskais spēks arī neņem vērā amagnētiskais monopols, hipotētiska daļiņa, kurai būtu tikai viens pols, uz ziemeļiem vai dienvidiem, savukārt elektriski uzlādētas daļiņas un priekšmetus var uzlādēt vienā virzienā - pozitīvu vai negatīvu. Šie faktori izraisa magnētisma un elektrības spēka formu atšķirības.
Elektrības un magnētisma teorijas arī parāda, ja jums būtu divi magnētiski monopoli, kas nekustējās, viņi joprojām piedzīvotu spēku tāpat kā elektriskais spēks notiktu starp diviem uzlādētiem daļiņas.
Tomēr zinātnieki nav uzrādījuši nevienu eksperimentālu pierādījumu, lai ar pārliecību un pārliecību secinātu, ka magnētiskie monopoli pastāv. Ja izrādīsies, ka tie patiešām pastāv, zinātnieki varētu nākt klajā ar idejām par "magnētisko lādiņu" tāpat kā elektriski uzlādētas daļiņas.
Magnētisms atbaida un piesaista definīciju
Ja paturat prātā vektoru virzienuv1, v2, unr, jūs varat noteikt, vai spēks starp tiem ir pievilcīgs vai atgrūžošs. Piemēram, ja daļiņa ar ātrumu virzās uz priekšu x virzienāv, tad šai vērtībai jābūt pozitīvai. Ja tas pārvietojas citā virzienā, tad v vērtībai jābūt negatīvai.
Šīs divas daļiņas atgrūž viena otru, ja magnētiskie spēki, ko nosaka to attiecīgais magnētiskais lauks starp tām, atceļ viens otru, norādot dažādos virzienos prom viens no otra. Ja abi spēki ir vērsti dažādos virzienos viens pret otru, magnētiskais spēks ir pievilcīgs. Magnētisko spēku izraisa šīs daļiņu kustības.
Jūs varat izmantot šīs idejas, lai parādītu, kā magnētisms darbojas ikdienas priekšmetos. Piemēram, ja neodīma magnētu novietojat netālu no tērauda skrūvgrieža un pārvietojat to uz augšu, uz leju pa asi un pēc tam noņemat magnētu, skrūvgriezis tajā var saglabāt zināmu magnētismu. Tas notiek sakarā ar mijiedarbojošos magnētisko lauku starp diviem objektiem, kas rada pievilcīgu spēku, kad tie viens otru atceļ.
Šī atbaidošā un piesaistošā definīcija attiecas uz visiem magnētu un magnētisko lauku lietojumiem. Sekojiet, kuri virzieni atbilst atgrūšanai un pievilcībai.
Magnētiskais spēks starp vadiem
•••Syed Hussain Ather
Strāvām, kas pārvieto lādiņus caur vadiem, magnētisko spēku var noteikt kā pievilcīgu vai atgrūž, pamatojoties uz vadu atrašanās vietām attiecībā pret otru un strāvas virzienu kustas. Strāvām apļveida vados varat izmantot labo roku, lai noteiktu, kā rodas magnētiskie lauki.
Labās rokas noteikums strāvām vadu cilpās nozīmē, ka, ja labās rokas pirkstus novietojat salocītus virzienā no stieples cilpas, jūs varat noteikt iegūtā magnētiskā lauka virzienu un magnētisko momentu, kā parādīts diagrammā virs. Tas ļauj noteikt, cik cilpas ir pievilcīgas vai atgrūdošas viena otrai.
Labās puses likums ļauj arī noteikt magnētiskā lauka virzienu, ko izstaro strāva taisnā vadā. Šajā gadījumā jūs ar labo īkšķi virzāt strāvas virzienā caur elektrisko vadu. Virziens, kā jūsu labās rokas pirksti saritinās, nosaka magnētiskā lauka virzienu?
No šiem strāvu inducētā magnētiskā lauka piemēriem jūs varat noteikt magnētisko spēku starp diviem vadiem, kā rezultātā veidojas šīs magnētiskā lauka līnijas.
Elektroenerģija atbaida un piesaista definīciju
•••Syed Hussain Ather
Magnētiskie lauki starp strāvas vadu cilpām ir vai nu pievilcīgi, vai atgrūžoši atkarībā no elektriskās strāvas virziena un no tiem izrietošo magnētisko lauku virziena. Magnētiskais dipola moments ir magnēta stiprums un orientācija, kas rada magnētisko lauku. Iepriekš redzamajā diagrammā iegūtā pievilcība vai atgrūšana parāda šo atkarību.
Jūs varat iedomāties magnētiskā lauka līnijas, kuras šīs elektriskās strāvas izstaro, čokurošanās ap katru pašreizējās stieples cilpas daļu. Ja tie cilpu virzieni starp abiem vadiem atrodas pretējos virzienos viens pret otru, vadi pievilks viens otru. Ja viņi atrodas pretējos virzienos viens no otra, cilpas viens otru atgrūž.
Magnēti atbaida un piesaista elektrību
TheLorenca vienādojumsmēra magnētisko spēku starp daļiņu, kas pārvietojas magnētiskajā laukā. Vienādojums ir
F = qE + qv \ reizes B
kurāFir magnētiskais spēks,qir uzlādētās daļiņas lādiņš,Eir elektriskais lauks,vir daļiņas ātrums unBir magnētiskais lauks. Vienādojumā x apzīmē šķērsproduktu starpqvunB.
Krustojuma preci var izskaidrot ar ģeometriju un citu labās puses noteikuma versiju. Šoreiz vektora virziena noteikšanai šķērsproduktā jūs izmantojat labās puses likumu. Ja daļiņa pārvietojas virzienā, kas nav paralēls magnētiskajam laukam, tā daļiņu atgrūž.
Lorenca vienādojums parāda fundamentālo saikni starp elektrību un magnētismu. Tas radītu idejas par elektromagnētisko lauku un elektromagnētisko spēku, kas pārstāvētu gan šo fizisko īpašību elektrisko, gan magnētisko komponentu.
Krusta produkts
Labās puses likums saka, ka krustojuma reizinājums starp diviem vektoriem,aunb, ir perpendikulārs tiem, ja ar labo rādītājpirkstu norādāt virzienābun labais vidējais pirksts virzienāa. Īkšķis būs vērsts virzienā uzc, iegūtais vektors noaunb. Vektorscir lielums, ko piešķir paralelograma laukums, ko vektoriaunblaidums.
•••Syed Hussain Ather
Krustojuma reizinājums ir atkarīgs no leņķa starp diviem vektoriem, jo tas nosaka paralelograma laukumu, kas stiepjas starp abiem vektoriem. Divu vektoru krustojumu var noteikt kā
a \ reizes b = | a || b | \ sin {\ theta}
kādam leņķimθstarp vektoriemaunb,paturot prātā, tas norāda virzienā, ko dod labās rokas likums starpaunb.
Kompasa magnētiskais spēks
Divi ziemeļu stabi viens otru atgrūž, un divi dienvidu stabi arī viens otru atgrūž tāpat kā elektriskie lādiņi viens otru atgrūž un pretējie lādiņi viens otru piesaista. Kompasa magnētiskā kompasa adata pārvietojas ar griezes momentu, kustības ķermeņa rotācijas spēku. Jūs varat aprēķināt šo griezes momentu, izmantojot rotācijas spēka, griezes momenta šķērsproduktu kā magnētiskā momenta ar magnētisko lauku rezultātu.
Šajā gadījumā jūs varat izmantot "tau"
\ tau = m \ reizes B = | m || B | \ grēks {\ theta}
kurmir magnētiskais dipola moments,Bir magnētiskais lauks unθir leņķis starp šiem diviem vektoriem. Ja jūs nosakāt, cik liela daļa magnētiskā spēka ir saistīta ar objekta rotāciju magnētiskajā laukā, šī vērtība ir griezes moments. Var noteikt vai nu magnētisko momentu, vai magnētiskā lauka spēku.
Tā kā kompasa adata pielīdzinās Zemes magnētiskajam laukam, tā būs vērsta uz ziemeļiem, jo šādā veidā izlīdzināšanās ir tā zemākais enerģijas stāvoklis. Šeit magnētiskais moments un magnētiskais lauks izlīdzinās viens ar otru un leņķis starp tiem ir 0 °. Tas ir kompass miera stāvoklī pēc tam, kad ir ņemti vērā visi citi spēki, kas pārvieto kompasu apkārt. Izmantojot griezes momentu, varat noteikt šīs rotācijas kustības stiprumu.
Magnēta atbaidīšanas spēka noteikšana
Magnētiskā lauka ietekmē matērijai piemīt magnētiskās īpašības, īpaši starp tādiem elementiem kā kobalts un dzelzs, kuriem ir nesapāroti elektroni, kas ļauj lādiņiem pārvietoties un rodas magnētiskie lauki. Magnēti, kas tiek klasificēti kā paramagnētiski vai diamagnētiski, ļauj noteikt, vai magnēta stabi ir pievilcīgi vai atgrūžoši.
Diamagnetiem nav vai ir maz nesaistītu elektronu, un tie nevar ļaut lādiņiem brīvi plūst tik viegli, kā to dara citi materiāli. Tos atbaida magnētiskie lauki. Paramagnetiem ir nesapāroti elektroni, kas ļauj uzlādēties, tāpēc tos piesaista magnētiskie lauki. Lai noteiktu, vai materiāls ir diamagnētisks vai paramagnētisks, nosakiet, kā elektroni aizņem orbitāles, pamatojoties uz to enerģiju attiecībā pret pārējo atomu.
Pārliecinieties, ka elektroniem ir jāieņem katra orbīta tikai ar vienu elektronu, pirms orbitālēm ir divi elektroni. Ja jūs nonākat pie nepāra elektroniem, kā tas ir gadījumā ar skābekli O2, materiāls ir paramagnētisks. Pretējā gadījumā tas ir diamagnētisks, piemēram, N2. Jūs varat iedomāties šo pievilcīgo vai atgrūšanas spēku kā viena magnētiskā dipola mijiedarbību ar otru.
Dipola potenciālu enerģiju ārējā magnētiskajā laukā dod punktveida produkts starp magnētisko momentu un magnētisko lauku. Šī potenciālā enerģija ir
U = -m \ cdot B = - | m || B | \ cos {\ theta}
leņķimθstarp m un B. Punkta reizinājums mēra skalāro summu, kas rodas, reizinot viena vektora x komponentus ar cita komponenta x komponentiem, vienlaikus darot to pašu y komponentiem.
Piemēram, ja jums bija vektorsa = 2i + 3junb = 4i + 5j, iegūtais divu vektoru punktu reizinājums būtu24 + 35 = 23. Mīnus zīme potenciālās enerģijas vienādojumā norāda, ka magnētiskā spēka augstāku potenciālo enerģiju potenciāls ir definēts kā negatīvs.
