Шта чини да магнети одбијају?

Понекад ћете видети да се магнети одбијају, а други пут да привлаче једни друге. Промена облика и оријентације између два различита магнета може променити начин на који се они привлаче или одбијају.

Детаљније проучавање магнетних материјала може вам дати бољу представу о томе како делује одбојна сила магнета. Кроз ове примере можете видети колико теорије и наука о магнетизму могу бити нијансиране и креативне.

Супротности се привлаче. Да би се објаснило зашто се магнети међусобно одбијају, северни крај магнета ће бити привучен југу другог магнета. Северни и северни крај два магнета, као и јужни и јужни крај два магнета, одбијаће се. Магнетна сила је основа за електричне моторе и атрактивне магнете за употребу у медицини, индустрији и истраживањима.

Да бисмо разумели како делује ова одбојна сила и објаснили зашто се магнети међусобно одбијају и привлаче електричну енергију, важно је проучити природу магнетне силе и мноштво облика које она има у разним појавама стање.

За две покретне наелектрисане честице са наелектрисањимак₁ик₂и одговарајуће брзинев₁ив₂одвојени ветром радијусар, магнетна сила између њих дата јеБиот-Саварт закон​:

у којима×означаваунакрсни производ, објашњено у наставку.μ₀ = 12.57×10⁻⁷ Х / м, која је константа магнетне пропустљивости за вакуум. Имати на уму| р |је апсолутна вредност полупречника. Ова сила веома уско зависи од смера векторав₁​, ​в₂, и _р.

Иако једначина може изгледати слично електричној сили на наелектрисаним честицама, имајте на уму да се магнетна сила користи само за покретне честице. Магнетна сила такође не узима у обзир амагнетни монопол, хипотетичка честица која би имала само један пол, северни или јужни, док се електрично наелектрисане честице и предмети могу пунити у једном смеру, позитивном или негативном. Ови фактори узрокују разлике у облицима силе магнетизма и електричне енергије.

Теорије о електрицитету и магнетизму такође показују, ако сте имали два магнетна монопола који се нису кретали, још увек би искусили силу на исти начин на који би се електрична сила појавила између два наелектрисана честице.

Међутим, научници нису показали ниједан експериментални доказ који би са сигурношћу и сигурношћу закључио да постоје магнетни монополи. Ако се испостави да постоје, научници би могли да изнесу идеје о „магнетном наелектрисању“ на исти начин као што су електрично наелектрисане честице.

Ако имате на уму правац векторав₁​, ​в₂, ир, можете утврдити да ли је сила између њих привлачна или одбојна. На пример, ако имате честицу која се креће напред у правцу к брзиномв, онда ова вредност мора бити позитивна. Ако се креће у другом смеру, тада вредност в мора бити негативна.

Ове две честице се међусобно одбијају ако се магнетне силе које одређују њихова одговарајућа магнетна поља међусобно поништавају указујући у различитим правцима једна од друге. Ако су две силе окренуте у различитим правцима једна према другој, магнетна сила је привлачна. Магнетна сила је узрокована овим кретањима честица.

Помоћу ових идеја можете показати како магнетизам делује у свакодневним предметима. На пример, ако неодијски магнет поставите близу челичног одвијача и померите га горе, доле по вратилу и затим уклоните магнет, одвијач ће можда задржати неки магнетизам у себи. То се догађа услед међусобног магнетног поља између два објекта која стварају привлачну силу када се међусобно поништавају.

Ова дефиниција одбијања и привлачења важи за све употребе магнета и магнетних поља. Пратите који правци одговарају одбојности и привлачности.

•••Сиед Хуссаин Атхер

За струје, које покрећу наелектрисања кроз жице, магнетна сила се може одредити као привлачна или одбојни на основу места жица у односу једна на другу и смера струје креће се. За струје у кружним жицама можете помоћу десне стране одредити како се појављују магнетна поља.

Правило десне струје у петљама жица значи да, ако прсте десне руке ставите увијене у смеру жичане петље, можете одредити правац насталог магнетног поља и магнетни моменат, као што је приказано на дијаграму горе. Ово вам омогућава да утврдите колико су петље привлачне или одбојне међу собом.

Правило десне стране такође вам омогућава да одредите смер магнетног поља које струја у праволинијској жици емитује. У овом случају, усмерите десни палац у смеру струје кроз електричну жицу. Правац како се увијају прсти десне руке одређује смер магнетног поља?

Из ових примера магнетног поља индукованог струјама можете одредити магнетну силу између две жице као резултат формирања ових линија магнетног поља.

•••Сиед Хуссаин Атхер

Магнетна поља између петљи струјних жица су или привлачна или одбојна у зависности од смера електричне струје и смера магнетних поља која из њих проистичу. Магнетни диполни момент је снага и оријентација магнета који производи магнетно поље. На горњем дијаграму, резултујућа привлачност или одбијање показују ову зависност.

Можете да замислите да се линије магнетног поља које ове електричне струје одају увијају око сваког дела струјне жичане петље. Ако су ти правци петље између две жице у супротним смеровима један према другом, жице ће привући једна другу. Ако су у супротним смеровима удаљени један од другог, петље ће се одбити.

ТхеЛоренцова једначинамери магнетну силу између честице која се креће у магнетном пољу. Једначина је

у којимаФје магнетна сила,кје наелектрисање наелектрисане честице,Е.је електрично поље,вје брзина честице иБ.је магнетно поље. У једначини к означава унакрсни производ измеђуквиБ.​.

Унакрсни производ може се објаснити геометријом и другом верзијом правила за десну руку. Овога пута користите правило десне руке као правило за одређивање смера вектора у унакрсном производу. Ако се честица креће у правцу који није паралелан магнетном пољу, она ће се одбити од ње.

Лоренцова једначина показује основну везу између електричне енергије и магнетизма. То би довело до идеја о електромагнетном пољу и електромагнетној сили које су представљале и електричне и магнетне компоненте ових физичких својстава.

Правило десне руке говори вам да унакрсни умножак између два вектора,аиб, је окомита на њих ако десни кажипрст усмерите у смеруба десни средњи прст у правцуа. Палац ће вам усмерити у смеруц, резултујући вектор из унакрсног производа одаиб. Векторцима величину задату површином паралелограма који векториаибраспон.

•••Сиед Хуссаин Атхер

Унакрсни производ зависи од угла између два вектора јер ово одређује површину паралелограма која се протеже између два вектора. Унакрсни производ за два вектора може се одредити као

за неки угаоθизмеђу векторааиб,имајући на уму да показује у правцу датом правилом десне руке измеђуаиб​.

Два северна пола се међусобно одбијају, а два јужна пола такође ће се одбијати, баш као што се електрични набоји међусобно одбијају, а супротни наелектришу. Игла магнетног компаса компаса креће се обртним моментом, ротационом силом тела у покрету. Овај обртни момент можете израчунати помоћу унакрсног умношка ротационе силе, обртног момента, као резултата магнетног момента са магнетним пољем.

У овом случају можете да користите „тау“

гдемје магнетни диполни момент,Б.је магнетно поље, иθје угао између та два вектора. Ако утврдите колики је део магнетне силе услед ротације објекта у магнетном пољу, та вредност је обртни моменат. Можете одредити или магнетни моменат или силу магнетног поља.

Будући да се игла компаса поравнава са магнетним пољем Земље, она ће усмерити према северу, јер је поравнање на овај начин њено најниже енергетско стање. Овде се магнетни моменат и магнетно поље поравнавају једни с другима и угао између њих је 0 °. Компас мирује након што су урачунате све остале силе које покрећу компас. Снагу овог ротационог кретања можете одредити помоћу обртног момента.

Магнетно поље доводи до тога да материја показује магнетна својства, посебно међу елементима попут кобалта и гвожђа који имају неспарене електроне који пуштају наелектрисање и излазе магнетна поља. Магнети који су класификовани као парамагнетни или дијамагнетни омогућавају вам да одредите да ли је магнетна сила привлачна или одбојна на половима магнета.

Дијамагнети немају или имају неколико неспарених електрона и не могу пустити да наелектрисања теку слободно тако лако као други материјали. Одбијају их магнетна поља. Парамагнети имају неспарене електроне који пропуштају наелектрисање и зато их привлаче магнетна поља. Да бисте утврдили да ли је материјал дијамагнетичан или парамагнетичан, одредите како електрони заузимају орбитале на основу своје енергије у односу на остатак атома.

Уверите се да електрони морају заузети сваку орбиталу са само једним електроном пре него што орбитале имају два електрона. Ако на крају добијете неспарене електроне, као што је случај са кисеоником О₂, материјал је парамагнетичан. Иначе је дијамагнетичан, попут Н.₂. Можете да замислите ову привлачну или одбојну силу као интеракцију једног магнетног дипола са другим.

Потенцијалну енергију дипола у спољном магнетном пољу даје тачкасти производ између магнетног момента и магнетног поља. Ова потенцијална енергија је

за угаоθизмеђу м и Б. Тачкасти производ мери скаларну суму која је резултат множења к компонената једног вектора са к компонената другог, док то исто ради за и компоненте.

На пример, ако сте имали вектора = 2и + 3јиб = 4и + 5ј, резултујући тачкасти производ два вектора био би24 + 35 = 23. Знак минус у једначини за потенцијалну енергију указује да се потенцијал дефинише као негативан за веће потенцијалне енергије магнетне силе.