Bazen mıknatısların birbirini ittiğini, bazen de birbirini çektiğini görebilirsiniz. İki farklı mıknatısın şeklini ve yönünü değiştirmek, birbirlerini çekme veya itme şeklini değiştirebilir.
Manyetik malzemeleri daha ayrıntılı incelemek, mıknatısın itme kuvvetinin nasıl çalıştığı hakkında size daha iyi bir fikir verebilir. Bu örnekler aracılığıyla, manyetizma teorilerinin ve biliminin ne kadar incelikli ve yaratıcı olabileceğini görebilirsiniz.
Bir Mıknatısın İtici Gücü
Karşıtların çekimi. Mıknatısların birbirini neden ittiğini açıklamak için, bir mıknatısın kuzey ucu, başka bir mıknatısın güneyine çekilecektir. İki mıknatısın kuzey ve kuzey uçları ile iki mıknatısın güney ve güney uçları birbirini itecektir. Manyetik kuvvet, elektrik motorlarının ve tıpta, endüstride ve araştırmalarda kullanım için çekici mıknatısların temelidir.
Bu itici kuvvetin nasıl çalıştığını anlamak ve mıknatısların neden birbirini itip elektriği çektiğini açıklamak, Manyetik kuvvetin doğasını ve çeşitli olaylarda aldığı birçok biçimi incelemek önemlidir. fizik.
Parçacıklar Üzerindeki Manyetik Kuvvet
Yüklü iki hareketli yüklü parçacık içinq1veq2ve ilgili hızlarv1vev2yarıçap vektörü ile ayrılmışr, aralarındaki manyetik kuvvet tarafından verilirBiot-Savart Yasası:
F=\frac{\mu_0 q_1 q_2}{4\pi |r|^2}v_1\times (v_2\times r)
hangisinde×belirtirÇapraz ürün, aşağıda açıklanmıştır.μ0 = 12.57×10−7 h/dk, vakum için manyetik geçirgenlik sabitidir. Aklında tut|r|yarıçapın mutlak değeridir. Bu kuvvet, vektörlerin yönüne çok yakından bağlıdır.v1, v2, ve r.
Denklem, yüklü parçacıklar üzerindeki elektrik kuvvetine benzer görünse de, manyetik kuvvetin yalnızca hareketli parçacıklar için kullanıldığını unutmayın. Manyetik kuvvet ayrıca birmanyetik monopol, elektrik yüklü parçacıklar ve nesneler pozitif veya negatif tek bir yönde yüklenebilecekken, kuzey veya güneyde yalnızca bir kutbu olan varsayımsal bir parçacık. Bu faktörler, manyetizma ve elektrik için kuvvet formlarındaki farklılıklara neden olur.
Elektrik ve manyetizma teorileri de gösteriyor ki, eğer hareket etmeyen iki manyetik monopolünüz varsa, iki yüklü arasında bir elektrik kuvvetinin meydana gelmesiyle aynı şekilde bir kuvvete maruz kalacaklardı. parçacıklar.
Bununla birlikte, bilim adamları, manyetik monopollerin var olduğuna dair kesinlik ve güvenle sonuca varmak için herhangi bir deneysel kanıt göstermediler. Eğer var oldukları ortaya çıkarsa, bilim adamları elektrik yüklü parçacıkların olduğu gibi "manyetik yük" fikirlerini ortaya çıkarabilirler.
Manyetizma İtme ve Çekme Tanımı
Vektörlerin yönünü göz önünde bulundurursanızv1, v2, ver, aralarındaki kuvvetin çekici mi yoksa itici mi olduğunu belirleyebilirsiniz. Örneğin, x yönünde hızla ilerleyen bir parçacığınız varsa,v, o zaman bu değer pozitif olmalıdır. Diğer yönde hareket ediyorsa v değeri negatif olmalıdır.
Bu iki parçacık, aralarındaki ilgili manyetik alanların belirlediği manyetik kuvvetler, birbirinden farklı yönlere işaret ederek birbirini iptal ederse, birbirini iter. İki kuvvet birbirine doğru farklı yönlere işaret ediyorsa, manyetik kuvvet çekicidir. Manyetik kuvvet, parçacıkların bu hareketlerinden kaynaklanır.
Günlük nesnelerde manyetizmanın nasıl çalıştığını göstermek için bu fikirleri kullanabilirsiniz. Örneğin, çelik bir tornavidanın yanına bir neodimiyum mıknatıs yerleştirir ve onu yukarı, aşağı hareket ettirir ve ardından mıknatısı çıkarırsanız, tornavida içinde bir miktar manyetizma tutabilir. Bu, birbirlerini iptal ettiklerinde çekici gücü yaratan iki nesne arasındaki etkileşimli manyetik alanlar nedeniyle olur.
Bu itme ve çekme tanımı, mıknatısların ve manyetik alanların tüm kullanımlarında geçerlidir. Hangi yönlerin itme ve çekiciliğe karşılık geldiğini takip edin.
Teller Arasındaki Manyetik Kuvvet
•••Seyit Hüseyin Ather
Teller arasında yükleri hareket ettiren akımlar için manyetik kuvvet çekici veya çekici olarak belirlenebilir. tellerin birbirlerine göre konumlarına ve akımın yönüne göre itici hareket eder. Dairesel tellerdeki akımlar için, manyetik alanların nasıl ortaya çıktığını belirlemek için sağ eli kullanabilirsiniz.
Tel ilmeklerindeki akımlar için sağ el kuralı, sağ elinizin parmaklarını yönde kıvrılmış olarak yerleştirirseniz, şu anlama gelir: bir tel döngünün, ortaya çıkan manyetik alanın yönünü ve şemada gösterildiği gibi manyetik momenti belirleyebilirsiniz. yukarıda. Bu, döngülerin birbirleri arasında ne kadar çekici veya itici olduğunu belirlemenizi sağlar.
Sağ el kuralı, düz bir teldeki akımın yaydığı manyetik alanın yönünü de belirlemenizi sağlar. Bu durumda sağ başparmağınızı elektrik telinden geçen akımın yönüne doğrultun. Sağ elinizin parmaklarının kıvrılma yönü manyetik alanın yönünü belirler mi?
Akımlar tarafından indüklenen bu manyetik alan örneklerinden, bu manyetik alan çizgilerinin bir sonucu olarak iki tel arasındaki manyetik kuvveti belirleyebilirsiniz.
Elektrik İttirme ve Çekme Tanımı
•••Seyit Hüseyin Ather
Akım tellerinin ilmekleri arasındaki manyetik alanlar, elektrik akımının yönüne ve bunlardan kaynaklanan manyetik alanların yönüne bağlı olarak çekici veya iticidir. Manyetik dipol momenti, manyetik alanı üreten bir manyetikin gücü ve yönüdür. Yukarıdaki diyagramda ortaya çıkan çekim veya itme bu bağımlılığı göstermektedir.
Bu elektrik akımlarının yaydığı manyetik alan çizgilerini, mevcut tel döngüsünün her bir parçasının etrafında kıvrılarak hayal edebilirsiniz. İki tel arasındaki bu döngü yönleri birbirine zıt yönlerde ise, teller birbirini çekecektir. Birbirlerinden zıt yönlerdelerse, ilmekler birbirini itecektir.
Mıknatıslar Elektriği İter ve Çeker
Lorentz denklemimanyetik alanda hareket halindeki bir parçacık arasındaki manyetik kuvveti ölçer. denklem
F=qE+qv\times B
hangisindeFmanyetik kuvvettir,qyüklü parçacığın yükü,Eelektrik alanıdır,vparçacığın hızı veBmanyetik alandır. Denklemde x, arasındaki çapraz ürünü ifade eder.qvveB.
Çapraz çarpım, geometri ve sağ el kuralının başka bir versiyonu ile açıklanabilir. Bu sefer, çapraz çarpımdaki vektörlerin yönünü belirlemek için kural olarak sağ el kuralını kullanırsınız. Parçacık manyetik alana paralel olmayan bir yönde hareket ederse, parçacık manyetik alan tarafından itilecektir.
Lorentz denklemi, elektrik ve manyetizma arasındaki temel bağlantıyı gösterir. Bu, bu fiziksel özelliklerin hem elektrik hem de manyetik bileşenlerini temsil eden elektromanyetik alan ve elektromanyetik kuvvet fikirlerine yol açacaktır.
Çapraz ürün
Sağdaki kural size iki vektör arasındaki çapraz çarpımın,birveb, sağ işaret parmağınızı yönüne işaret ederseniz, onlara diktir.bve sağ orta parmağınız yönündebir. Baş parmağınız yönü gösterecekc, çapraz ürününden elde edilen vektörbirveb. vektörcvektörlerin oluşturduğu paralelkenarın alanı tarafından verilen bir büyüklüğe sahiptir.birvebaçıklık.
•••Seyit Hüseyin Ather
Çapraz çarpım, iki vektör arasındaki açıya bağlıdır, çünkü bu, iki vektör arasında uzanan paralelkenar alanını belirler. İki vektör için bir çapraz ürün şu şekilde belirlenebilir:
a\times b = |a||b|\sin{\theta}
bazı açılar içinθvektörler arasındabirveb,arasında sağ el kuralının verdiği yönü gösterdiğini akılda tutarakbirveb.
Pusulanın Manyetik Kuvveti
İki kuzey kutbu birbirini iter ve iki güney kutbu da tıpkı elektrik yüklerinin birbirini itmesi ve zıt yüklerin birbirini çekmesi gibi birbirini iter. Pusulanın manyetik pusula iğnesi, hareket halindeki bir cismin dönme kuvveti olan bir tork ile hareket eder. Bu torku, manyetik alan ile manyetik momentin sonucu olarak dönme kuvvetinin, torkun çapraz çarpımını kullanarak hesaplayabilirsiniz.
Bu durumda, "tau" kullanabilirsiniz.
\tau = m\times B = |m|| B|\sin{\teta}
neredemmanyetik dipol momentidir,Bmanyetik alan veθbu iki vektör arasındaki açıdır. Manyetik alan içindeki bir nesnenin dönmesinden kaynaklanan manyetik kuvvetin ne kadarını belirlerseniz, bu değer torktur. Manyetik momenti veya manyetik alanın kuvvetini belirleyebilirsiniz.
Bir pusula iğnesi kendisini Dünyanın manyetik alanıyla hizaladığından kuzeyi gösterecektir çünkü kendisini bu şekilde hizalamak en düşük enerji durumudur. Burası manyetik moment ve manyetik alanın birbiriyle hizalandığı ve aralarındaki açının 0° olduğu yerdir. Pusulayı hareket ettiren diğer tüm kuvvetler hesaba katıldıktan sonra duran pusula. Bu dönme hareketinin gücünü torku kullanarak belirleyebilirsiniz.
Bir Mıknatısın İtici Kuvvetini Tespit Etme
Bir manyetik alan, özellikle kobalt ve demir gibi, yüklerin hareket etmesine ve manyetik alanların ortaya çıkmasına izin veren eşleşmemiş elektronlara sahip elementler arasında, maddenin manyetik özellikler göstermesine neden olur. Paramanyetik veya diamanyetik olarak sınıflandırılan mıknatıslar, bir manyetik kuvvetin mıknatısın kutupları tarafından çekici mi yoksa itici mi olduğunu belirlemenize izin verir.
Diamagnetlerin eşleşmemiş elektronları yoktur veya çok azdır ve yüklerin diğer materyallerin yaptığı kadar kolay akmasına izin veremezler. Manyetik alanlar tarafından itilirler. Paramagnetler, yük akışına izin vermek için eşleştirilmemiş elektronlara sahiptir ve bu nedenle manyetik alanlara çekilir. Bir malzemenin diyamanyetik mi yoksa paramanyetik mi olduğunu belirlemek için, elektronların atomun geri kalanına göre enerjilerine bağlı olarak orbitalleri nasıl işgal ettiğini belirleyin.
Yörüngelerde iki elektron bulunmadan önce elektronların her yörüngeyi yalnızca bir elektronla işgal etmesi gerektiğinden emin olun. Oksijen O'da olduğu gibi eşleşmemiş elektronlarla sonuçlanırsanız2, malzeme paramanyetiktir. Aksi takdirde, N gibi diamagnetiktir.2. Bu çekici veya itici kuvveti, bir manyetik dipolün diğeriyle etkileşimi olarak düşünebilirsiniz.
Bir dipolün harici bir manyetik alandaki potansiyel enerjisi, manyetik moment ve manyetik alan arasındaki nokta çarpım tarafından verilir. Bu potansiyel enerji
U=-m\cdot B=-|m|| B|\cos{\theta}
açı içinθm ile B arası Nokta çarpım, bir vektörün x bileşenlerini diğerinin x bileşenleriyle çarparken aynı işlemi y bileşenleri için yapmaktan elde edilen skaler toplamı ölçer.
Örneğin, vektörünüz olsaydıa = 2i + 3jveb = 4i + 5j, iki vektörün elde edilen nokta çarpımı24 + 35 = 23. Potansiyel enerji denklemindeki eksi işareti, potansiyelin manyetik kuvvetin daha yüksek potansiyel enerjileri için negatif olarak tanımlandığını gösterir.