Včasih lahko opazite, da se magneti med seboj odbijajo, drugič pa, da se privlačijo. Spreminjanje oblike in usmeritve med dvema različnima magnetoma lahko spremenita način, kako se privlačita ali odbijata.
Podrobnejše preučevanje magnetnih materialov vam lahko da boljše predstave o delovanju magnetne odbojne sile. Skozi te primere lahko vidite, kako raznolike in ustvarjalne so lahko teorije in znanost o magnetizmu.
Odbijajoča sila magneta
Nasprotja se privlačijo. Da bi razložili, zakaj se magneti med seboj odbijajo, bo severni konec magneta privlačil jug drugega magneta. Severni in severni konec dveh magnetov ter južni in južni konec dveh magnetov se bosta odganjala. Magnetna sila je osnova za elektromotorje in privlačne magnete za uporabo v medicini, industriji in raziskavah.
Da bi razumeli, kako deluje ta odbojna sila, in razložili, zakaj se magneti med seboj odbijajo in privlačijo elektriko, pomembno je preučiti naravo magnetne sile in številne oblike, ki jih ima v različnih pojavih fizika.
Magnetna sila na delce
Za dva gibljiva nabita delca z nabojiq1inq2in ustrezne hitrostiv1inv2ločena z radijskim vektorjemr, je magnetna sila med njimi podana zBiot-Savartov zakon:
F = \ frac {\ mu_0 q_1 q_2} {4 \ pi | r | ^ 2} v_1 \ krat (v_2 \ krat r)
v kateri×označujenavzkrižni izdelek, pojasnjeno spodaj.μ0 = 12.57×10−7 V / m, ki je konstanta magnetne prepustnosti za vakuum. Ne pozabite| r |je absolutna vrednost polmera. Ta sila je zelo odvisna od smeri vektorjevv1, v2, in r.
Čeprav se enačba morda zdi podobna električni sili na nabitih delcih, ne pozabite, da se magnetna sila uporablja samo za gibljive delce. Magnetna sila tudi ne upoštevamagnetni monopol, hipotetični delec, ki bi imel le en pol, severni ali južni, medtem ko se lahko električno nabiti delci in predmeti napolnijo v eno smer, pozitivno ali negativno. Ti dejavniki povzročajo razlike v oblikah sile za magnetizem in za elektriko.
Teorije o elektriki in magnetizmu tudi kažejo, če bi imeli dva magnetna monopola, ki se ne bi premikali, še vedno bi doživljali silo na enak način, kot bi se električna sila pojavila med dvema napolnjenima delcev.
Vendar znanstveniki niso pokazali nobenega eksperimentalnega dokaza, ki bi z gotovostjo in samozavestjo ugotovil, da obstajajo magnetni monopoli. Če se izkaže, da obstajajo, bi lahko znanstveniki prišli do idej o "magnetnem naboju" enako, kot so električno nabiti delci.
Magnetizem odbija in privlači definicijo
Če upoštevate smer vektorjevv1, v2, inr, lahko ugotovite, ali je sila med njima privlačna ali odbojna. Na primer, če imate delec, ki se s hitrostjo premika naprej v smeri xv, potem mora biti ta vrednost pozitivna. Če se premakne v drugo smer, mora biti vrednost v negativna.
Ta dva delca se medsebojno odbijata, če se magnetne sile, ki jih določajo njuna magnetna polja med seboj, medsebojno izničijo tako, da usmerjajo druga v drugo smer. Če sta sili usmerjeni v različni smeri, je magnetna sila privlačna. S temi gibi delcev povzročajo magnetno silo.
S temi idejami lahko pokažete, kako magnetizem deluje v vsakdanjih predmetih. Če na primer v bližini jeklenega izvijača postavite neodim magnet in ga premaknete navzgor, navzdol po gredi in nato odstranite magnet, lahko izvijač v sebi zadrži nekaj magnetizma. To se zgodi zaradi medsebojnega magnetnega polja med obema predmetoma, ki ustvarjata privlačno silo, ko se medsebojno izničita.
Ta definicija odbijanja in privlačenja velja pri vseh uporabah magnetov in magnetnih polj. Spremljajte, katere smeri ustrezajo odbijanju in privlačnosti.
Magnetna sila med žicami
•••Syed Hussain Ather
Za tokove, ki premikajo naboje skozi žice, lahko magnetno silo določimo kot privlačno oz odbijajoč glede na lokacije žic glede na drug drugega in smer toka premika. Za tokove v krožnih žicah lahko na desni določite, kako nastajajo magnetna polja.
Pravilo desne strani za tokove v zankah žic pomeni, da če prste desne roke postavite v smer žične zanke lahko določite smer nastalega magnetnega polja in magnetni moment, kot je prikazano na diagramu nad. To vam omogoča, da določite, kako privlačne ali odbojne so zanke med seboj.
Pravilo desne strani omogoča tudi določitev smeri magnetnega polja, ki ga oddaja tok v ravni žici. V tem primeru usmerite desni palec v smer toka skozi električno žico. Smer kako se zvijajo prsti desne roke določa smer magnetnega polja?
Iz teh primerov magnetnega polja, ki ga povzročajo tokovi, lahko določite magnetno silo med dvema žicama, ki je rezultat teh linij magnetnega polja.
Elektrika odbija in privlači definicijo
•••Syed Hussain Ather
Magnetna polja med zankami tokovnih žic so privlačna ali odbijajoča, odvisno od smeri električnega toka in smeri magnetnih polj, ki iz njih izhajajo. Magnetni dipolni moment je moč in usmerjenost magneta, ki ustvarja magnetno polje. V zgornjem diagramu nastala privlačnost ali odbijanje prikazuje to odvisnost.
Lahko si predstavljate, da se linije magnetnega polja, ki jih oddajajo ti električni tokovi, zavijajo okoli vsakega dela tokovne žične zanke. Če so te smerne smeri med obema žicama obrnjene v nasprotni smeri, se žice medsebojno privlačijo. Če sta v nasprotnih smereh drug od drugega, se zanke med seboj odbijajo.
Magneti odbijajo in privlačijo elektriko
TheLorentzova enačbameri magnetno silo med delcem, ki se giblje v magnetnem polju. Enačba je
F = qE + qv \ krat B
v kateriFje magnetna sila,qje naboj nabitega delca,Eje električno polje,vje hitrost delca inBje magnetno polje. V enačbi x pomeni navzkrižni produkt medqvinB.
Navzkrižni izdelek je mogoče razložiti z geometrijo in drugo različico desnega pravila. Tokrat za določanje smeri vektorjev v navzkrižnem izdelku uporabljate pravilo desne roke. Če se delci premikajo v smeri, ki ni vzporedna z magnetnim poljem, ga bo odbijal.
Lorentzova enačba prikazuje temeljno povezavo med elektriko in magnetizmom. To bi privedlo do idej o elektromagnetnem polju in elektromagnetni sili, ki sta predstavljali tako električne kot magnetne komponente teh fizikalnih lastnosti.
Navzkrižni izdelek
Pravilo desne strani vam pove, da navzkrižni zmnožek med dvema vektorjema,ainb, je pravokotna nanje, če s kazalcem usmerite desno v smeribin desni srednji prst v smeria. Palec bo usmerjen v smeric, dobljeni vektor iz navzkrižnega zmnožkaainb. Vektorcima velikost, določeno s površino paralelograma, ki vektorjaainbrazpon.
•••Syed Hussain Ather
Navzkrižni zmnožek je odvisen od kota med obema vektorjema, saj to določa površino paralelograma, ki se razteza med obema vektorjema. Navzkrižni produkt za dva vektorja lahko določimo kot
a \ krat b = | a || b | \ sin {\ theta}
za nek kotθmed vektorjiainb,ob upoštevanju, da kaže v smer, ki jo določa pravilo desne roke medainb.
Magnetna sila kompasa
Dva severna pola se medsebojno odbijata, dva južna pola pa se bosta medsebojno odbijala, tako kot, kako se električni naboji odbijajo, nasprotni naboji pa se privlačijo. Igla magnetnega kompasa kompasa se premika z navorom, vrtilno silo telesa v gibanju. Ta navor lahko izračunate z navzkrižnim zmnožkom vrtilne sile, navora, ki je rezultat magnetnega momenta z magnetnim poljem.
V tem primeru lahko uporabite "tau"
\ tau = m \ krat B = | m || B | \ sin {\ theta}
kjemje magnetni dipolni moment,Bje magnetno polje inθje kot med tema dvema vektorjema. Če določite, koliko magnetne sile je posledica vrtenja predmeta v magnetnem polju, je ta vrednost navor. Določite lahko magnetni moment ali silo magnetnega polja.
Ker se igla kompasa poravna z magnetnim poljem Zemlje, bo usmerjena proti severu, ker je poravnava na ta način njegovo najnižje energijsko stanje. Tu se magnetni moment in magnetno polje poravnata med seboj in kot med njima znaša 0 °. Kompas miruje, potem ko so bile upoštevane vse druge sile, ki kompas premikajo. Moč tega rotacijskega gibanja lahko določite z uporabo navora.
Zaznavanje odbijajoče sile magneta
Magnetno polje povzroči, da ima snov magnetne lastnosti, zlasti med elementi, kot sta kobalt in železo, ki imajo nesparene elektrone, ki puščajo naboje in nastajajo magnetna polja. Magneti, ki so razvrščeni med paramagnetne ali diamagnetne, vam omogočajo, da ugotovite, ali magnetna sila privlači magnetno silo ali jo odbija.
Diamagneti nimajo ali imajo nekaj nesparenih elektronov in ne morejo pustiti, da naboji tečejo tako enostavno kot drugi materiali. Odbijajo jih magnetna polja. Paramagneti imajo neparne elektrone, ki puščajo naboj, zato jih privlačijo magnetna polja. Če želite ugotoviti, ali je material diamagnetni ali paramagnetni, določite, kako elektroni zasedajo orbitale glede na svojo energijo glede na preostali del atoma.
Poskrbite, da morajo elektroni zasesti vsako orbitalo z enim elektronom, preden imajo orbitali dva elektrona. Če na koncu dobite nesparene elektrone, kot je to pri kisiku O2, material je paramagneten. V nasprotnem primeru je diamagnetičen, tako kot N2. To privlačno ali odbojno silo si lahko predstavljate kot interakcijo enega magnetnega dipola z drugim.
Potencialno energijo dipola v zunanjem magnetnem polju poda pikčasti produkt med magnetnim momentom in magnetnim poljem. Ta potencialna energija je
U = -m \ cdot B = - | m || B | \ cos {\ theta}
za kotθmed m in B. Točkovni izdelek meri skalarno vsoto, ki izhaja iz množenja x komponent enega vektorja na x komponent drugega, hkrati pa dela enako za y komponente.
Na primer, če ste imeli vektora = 2i + 3jinb = 4i + 5j, bi nastali pikasti zmnožek obeh vektorjev24 + 35 = 23. Znak minus v enačbi za potencialno energijo pomeni, da je potencial opredeljen kot negativen za višje potencialne energije magnetne sile.