Čo spôsobuje, že magnety odpudzujú?

Niekedy môžete vidieť, že sa magnety navzájom odpudzujú, a inokedy ich môžu navzájom priťahovať. Zmena tvaru a orientácie medzi dvoma rôznymi magnetmi môže zmeniť spôsob, akým sa navzájom priťahujú alebo odpudzujú.

Štúdium magnetických materiálov podrobnejšie vám poskytne lepšiu predstavu o tom, ako funguje odpudivá sila magnetu. Na týchto príkladoch môžete vidieť, ako jemné a kreatívne môžu byť teórie a vedy magnetizmu.

Protiklady sa priťahujú. Na vysvetlenie toho, prečo sa magnety navzájom odpudzujú, bude severný koniec magnetu priťahovaný na juh iného magnetu. Severný a severný koniec dvoch magnetov, ako aj južný a južný koniec dvoch magnetov sa budú navzájom odpudzovať. Magnetická sila je základom pre elektrické motory a atraktívne magnety na použitie v medicíne, priemysle a výskume.

Aby sme pochopili, ako táto odpudivá sila funguje, a vysvetlite, prečo sa magnety navzájom odpudzujú a priťahujú elektrinu, Je dôležité študovať podstatu magnetickej sily a jej rôzne formy, ktoré má pri rôznych javoch fyzika.

Pre dve pohybujúce sa nabité častice s nábojmiq₁aq₂a príslušné rýchlostiv₁av₂oddelené vektorom polomerur, magnetická sila medzi nimi je danáBiot-Savartov zákon​:

v ktorom×označujekrížový produkt, vysvetlené nižšie.μ₀ = 12.57×10⁻⁷ H / m, čo je konštanta magnetickej permeability pre vákuum. Mysli na to| r |je absolútna hodnota polomeru. Táto sila veľmi závisí od smeru vektorovv₁​, ​v₂a _r.

Aj keď sa rovnica môže zdať podobná elektrickej sile na nabité častice, pamätajte na to, že magnetická sila sa používa iba na pohybujúce sa častice. Magnetická sila tiež nezohľadňuje amagnetický monopol, hypotetická častica, ktorá by mala iba jeden pól, severný alebo južný, zatiaľ čo elektricky nabité častice a objekty je možné nabíjať jedným smerom, pozitívnym alebo negatívnym. Tieto faktory spôsobujú rozdiely vo formách sily pre magnetizmus a pre elektrinu.

Teórie elektriny a magnetizmu tiež ukazujú, že ak ste mali dva magnetické monopoly, ktoré sa nehýbali, stále by zažili silu rovnakým spôsobom, ako by nastala elektrická sila medzi dvoma nabitými častice.

Vedci však nepreukázali nijaké experimentálne dôkazy, ktoré by s istotou a istotou dokázali, že magnetické monopoly existujú. Ak by sa ukázalo, že existujú, vedci by mohli prísť s myšlienkami „magnetického náboja“ rovnakým spôsobom ako elektricky nabité častice.

Ak pamätáte na smer vektorovv₁​, ​v₂ar, môžete určiť, či je sila medzi nimi atraktívna alebo odpudzujúca. Napríklad ak máte časticu, ktorá sa pohybuje vpred v smere x rýchlosťouv, potom musí byť táto hodnota kladná. Ak sa pohybuje opačným smerom, potom musí byť hodnota v záporná.

Tieto dve častice sa navzájom odpudzujú, ak sa magnetické sily určené ich príslušnými magnetickými poľami medzi sebou vzájomne rušia tým, že smerujú rôznymi smermi od seba. Ak tieto dve sily smerujú rôznymi smermi k sebe, je magnetická sila príťažlivá. Magnetická sila je spôsobená týmito pohybmi častíc.

Pomocou týchto nápadov môžete ukázať, ako magnetizmus funguje v každodenných predmetoch. Napríklad, ak umiestnite neodýmový magnet do blízkosti oceľového skrutkovača a posuniete ho hore, dole cez hriadeľ a potom magnet odstránite, môže si v ňom skrutkovač udržať určitý magnetizmus. To sa deje v dôsledku interagujúcich magnetických polí medzi dvoma objektmi, ktoré vytvárajú príťažlivú silu, keď sa navzájom rušia.

Toto odpudzuje a priťahuje definíciu pri každom použití magnetov a magnetických polí. Sledujte, ktoré smery zodpovedajú odporu a príťažlivosti.

•••Syed Hussain Ather

Pre prúdy, ktoré pohybujú nábojmi cez drôty, možno magnetickú silu určiť ako príťažlivú resp odpudivé na základe vzájomného umiestnenia vodičov a smeru prúdu pohyby. Pre prúdy v kruhových vodičoch môžete pomocou pravej ruky určiť, ako magnetické polia vznikajú.

Pravidlo pre prúdy v slučkách drôtov vpravo znamená, že ak dáte prsty svojej pravej ruky skrútené v smere drôtovej slučky môžete určiť smer výsledného magnetického poľa a magnetický moment, ako je to znázornené na diagrame vyššie. Takto môžete určiť, ako sú slučky medzi sebou atraktívne alebo odpudzujúce.

Pravidlo pravej ruky tiež umožňuje určiť smer magnetického poľa, ktoré vyžaruje prúd v priamom vodiči. V takom prípade nasmerujete pravý palec v smere prúdu cez elektrický vodič. Smer zvlnenia prstov vašej pravej ruky určuje smer magnetického poľa?

Z týchto príkladov magnetického poľa indukovaného prúdmi môžete určiť magnetickú silu medzi dvoma drôtmi ako výsledok z týchto čiar magnetického poľa.

•••Syed Hussain Ather

Magnetické polia medzi slučkami prúdových vodičov sú buď atraktívne alebo odpudivé v závislosti od smeru elektrického prúdu a smeru magnetických polí, ktoré z nich vyplývajú. Magnetický dipólový moment je sila a orientácia magnetu, ktorý vytvára magnetické pole. Vo vyššie uvedenom diagrame výsledná príťažlivosť alebo odpudivosť ukazuje túto závislosť.

Si môžete predstaviť, že magnetické siločiary, ktoré tieto elektrické prúdy vydávajú, sa krútia okolo každej časti prúdovej slučky. Ak sú tieto slučkové smery medzi dvoma drôtmi v opačných smeroch k sebe navzájom, drôty sa navzájom priťahujú. Ak sú v opačných smeroch od seba, slučky sa navzájom odpudzujú.

TheLorentzova rovnicameria magnetickú silu medzi pohybujúcou sa časticou v magnetickom poli. Rovnica je

v ktoromFje magnetická sila,qje náboj nabitej častice,Eje elektrické pole,vje rýchlosť častice aBje magnetické pole. V rovnici x označuje krížový produkt medziqvaB​.

Krížový produkt je možné vysvetliť geometriou a inou verziou pravidla pre pravú ruku. Tentokrát použijete pravidlo pravej ruky ako pravidlo na určenie smeru vektorov v súčinnosti. Ak sa častica pohybuje v smere, ktorý nie je rovnobežný s magnetickým poľom, bude ju častica odpudzovať.

Lorentzova rovnica ukazuje základné spojenie medzi elektrinou a magnetizmom. To by viedlo k predstavám o elektromagnetickom poli a elektromagnetickej sile, ktoré predstavovali elektrickú aj magnetickú zložku týchto fyzikálnych vlastností.

Pravidlo pravej ruky vám hovorí, že krížový súčin medzi dvoma vektormi,aab, je na ne kolmá, ak ukazovákom ukazujete doprava v smereba pravý prostredník v smerea. Palec bude smerovať v smerec, výsledný vektor z krížového produktuaab. Vektorcmá veľkosť danú oblasťou rovnobežníka, ktorý vektoryaabrozpätie.

•••Syed Hussain Ather

Krížový súčin závisí od uhla medzi týmito dvoma vektormi, pretože to určuje oblasť rovnobežníka, ktorá sa rozprestiera medzi týmito dvoma vektormi. Krížový produkt pre dva vektory možno určiť ako

pre nejaký uholθmedzi vektormiaab,nezabúda, že ukazuje v smere, ktorý určuje pravidlo pravej ruky medziaab​.

Dva severné póly sa navzájom odpudzujú a dva južné póly sa budú navzájom odpudzovať rovnako, ako keby sa odpudzovali navzájom elektrické náboje a opačné náboje sa navzájom lákajú. Ihla magnetického kompasu kompasu sa pohybuje krútiacim momentom, rotačnou silou telesa v pohybe. Tento krútiaci moment môžete vypočítať pomocou krížového súčinu rotačnej sily, krútiaceho momentu, ako výsledku magnetického momentu s magnetickým poľom.

V takom prípade môžete použiť „tau“

kdemje magnetický dipólový moment,Bje magnetické pole aθje uhol medzi týmito dvoma vektormi. Ak určíte, aká veľká časť magnetickej sily je spôsobená rotáciou objektu v magnetickom poli, touto hodnotou je krútiaci moment. Môžete určiť buď magnetický moment, alebo silu magnetického poľa.

Pretože sa ručička kompasu vyrovnáva s magnetickým poľom Zeme, bude smerovať na sever, pretože toto nastavenie je jej stavom s najnižšou energiou. Toto je miesto, kde sa magnetický moment a magnetické pole navzájom vyrovnávajú a uhol medzi nimi je 0 °. Je to kompas v pokoji po započítaní všetkých ostatných síl, ktoré pohybujú kompasom v okolí. Intenzitu tohto rotačného pohybu môžete určiť pomocou krútiaceho momentu.

Magnetické pole spôsobuje, že hmota vykazuje magnetické vlastnosti, najmä medzi prvkami, ako je kobalt a železo, ktoré majú nespárované elektróny, ktoré nechávajú náboje pohybovať sa a magnetické polia vychádzajú. Magnety, ktoré sú klasifikované ako paramagnetické alebo diamagnetické, vám umožňujú určiť, či je magnetická sila príťažlivá alebo odpudzujúca pólmi magnetu.

Diamagnety nemajú žiadne alebo málo nespárených elektrónov a nemôžu nechať náboje voľne prúdiť tak ľahko ako iné materiály. Odpudzujú ich magnetické polia. Parametrické magnety majú nespárované elektróny, ktoré umožňujú prúdenie náboja, a sú preto priťahované magnetickými poľami. Ak chcete zistiť, či je materiál diamagnetický alebo paramagnetický, určite, ako elektróny obsadzujú orbitaly na základe svojej energie vo vzťahu k zvyšku atómu.

Uistite sa, že elektróny musia obsadiť každý orbitál iba jedným elektrónom, kým budú mať orbitaly dva elektróny. Ak skončíte s nespárovanými elektrónmi, ako je to v prípade kyslíka O₂, materiál je paramagnetický. Inak je to diamagnetické, ako napríklad N₂. Túto atraktívnu alebo odpudivú silu si môžete predstaviť ako interakciu jedného magnetického dipólu s druhým.

Potenciálna energia dipólu vo vonkajšom magnetickom poli je daná bodovým súčinom medzi magnetickým momentom a magnetickým poľom. Táto potenciálna energia je

pre uholθmedzi ma B. Bodový súčin meria skalárny súčet, ktorý je výsledkom vynásobenia zložiek x jedného vektora k zložkám x druhého, pričom to isté platí pre y.

Napríklad, ak ste mali vektora = 2i + 3jab = 4i + 5j, výsledný bodový produkt dvoch vektorov by bol24 + 35 = 23. Znamienko mínus v rovnici pre potenciálnu energiu naznačuje, že potenciál je pre vyššie potenciálne energie magnetickej sily definovaný ako negatívny.