Mıknatıslar ve Elektrik Arasında 3 Benzerlik Nedir?

İçerik

• 1 - İki Karşıt Çeşitlilikte geliyorlar
• 2 - Diğer Kuvvetlere Göre Göreceli Güçleri
• 3 - Elektrik ve Manyetizma Aynı Fenomenin İki Yüzü
• Elektrik ve Manyetik Alanlar
• Peki Manyetizma Gerçekten Nereden Gelir?
• Güncel Taşıma Telleri Manyetik Alan Oluşturuyor
• Peki ya Bar Mıknatıslar? Mıknatıslıkları nereden geliyor?
• Ama Bekleyin, Daha Fazlası Var!
• Manyetik Kuvvet ve Elektrik Gücü Arasındaki Benzerlikler
• Elektrik ve Manyetizma Arasındaki İlişki

Elektrik ve manyetik kuvvetler doğada bulunan iki güçtür. İlk bakışta farklı görünseler de, ikisi de yüklü parçacıklarla ilişkili alanlardan geliyor. İki kuvvetin üç ana benzerliği vardır ve bu fenomenlerin nasıl ortaya çıktığı hakkında daha fazla şey öğrenmelisiniz.

1 - İki Karşıt Çeşitlilikte geliyorlar

Masraflar pozitif (+) ve negatif (-) çeşitlerde gelir. Temel pozitif yük taşıyıcı protondur ve negatif yük taşıyıcı elektrondur. Her ikisinin de büyüklüğü var e = 1.602 × 10^-19 Pandantifler.

Muhalifler cezbeder ve kovmayı sever; birbirine yakın yerleştirilmiş iki pozitif suçlama püskürtmekveya onları birbirinden ayıran bir güç deneyimleyin. Aynısı iki negatif suçlama için de geçerlidir. Olumlu ve olumsuz bir suçlama, ancak çekmek herbiri.

Pozitif ve negatif yükler arasındaki çekim çoğu öğeyi elektriksel olarak nötr hale getirme eğilimindedir. Çünkü evrendeki negatif yüklerle aynı sayıda pozitif yük olduğu ve çekici ve itici güçlerin yaptıkları gibi davrandıkları için yükler etkisiz hale getirmekveya birbirlerini iptal edin.

Mıknatıslar da benzer şekilde kuzey ve güney kutuplarına sahiptir. İki manyetik kuzey kutbu, iki manyetik güney kutbu gibi birbirlerini iterler, ancak bir kuzey kutbu ve güney kutbu birbirini çeker.

Yerçekimi, muhtemelen aşina olduğunuz bir başka olgunun da böyle olmadığını unutmayın. Yerçekimi iki kütle arasında çekici bir kuvvettir. Sadece bir tür “kitle” vardır. Elektrik ve manyetizma gibi pozitif ve negatif çeşitlerde gelmiyor. Ve bu tek tip kütle daima çekicidir ve itici değildir.

Bununla birlikte, mıknatıslar ve yükler arasında belirgin bir fark vardır, ancak, bu mıknatıslar her zaman dipol olarak görünür. Yani, herhangi bir mıknatısın daima kuzey ve güney kutbuna sahip olması gerekir. İki kutup birbirinden ayrılamaz.

Elektrikli bir dipol, küçük ve uzak bir mesafeye pozitif ve negatif yük koyarak da oluşturulabilir, ancak bu yükleri tekrar ayırmak her zaman mümkündür. Kuzey ve güney kutuplarıyla birlikte bir çubuk mıknatıs hayal ederseniz ve ayrı bir kuzey ve güney yapmak için onu yarıya indirmeye çalışacak olursanız, sonuç, kendi kuzey ve güney kutuplarına sahip iki küçük mıknatıs olacaktır.

2 - Diğer Kuvvetlere Göre Göreceli Güçleri

Elektriği ve manyetizmayı diğer kuvvetlerle karşılaştırırsak, belirgin farklılıklar görürüz. Evrenin dört temel kuvveti güçlü, elektromanyetik, zayıf ve yerçekimi kuvvetleridir. (Elektrik ve manyetik kuvvetlerin aynı tek kelimeyle tanımlandığını unutmayın - bu konuda biraz daha.)

Güçlü kuvveti - atomun içinde nükleonları bir arada tutan kuvvet - 1 büyüklüğüne sahipsek, o zaman elektrik ve manyetizmanın göreceli büyüklüğü 1/137'dir. Beta bozunmasından sorumlu olan zayıf kuvvet 10 göreceli büyüklüğüne sahiptir.^-6ve yerçekimi kuvveti 6 × 10 göreceli büyüklüğüne sahiptir.^-39.

Bunu doğru okudun. Bir yazım hatası değildi. Yerçekimi kuvveti, diğer her şeyle kıyaslandığında oldukça zayıf. Bu durum, sezgisel görünebilir - sonuçta, yerçekimi gezegenleri hareket halinde tutan ve ayaklarımızı yerde tutan kuvvettir! Ancak mıknatıslı bir ataç veya statik elektriğe sahip bir doku aldığınızda ne olacağını düşünün.

Bir küçük mıknatısı veya statik olarak yüklü bir öğeyi çeken kuvvet, ataç veya doku üzerine çekerek tüm Dünya'nın çekim kuvvetini engelleyebilir! Yerçekiminin çok daha güçlü olduğunu düşünüyoruz çünkü öyle değil, ama tüm dünya üzerinde yerçekimi kuvvetine sahip olduğumuz için her zaman üzerimize etki eden oysaki, ikili yapıları nedeniyle, yükler ve mıknatıslar genellikle kendilerini düzenlerler. nötralize.

3 - Elektrik ve Manyetizma Aynı Fenomenin İki Yüzü

Daha yakından bakarsanız ve gerçekten elektriği ve manyetizmayı karşılaştırırsak, temel düzeyde aynı fenomenin iki yönü olduğunu görürüz. elektromanyetizma. Bu olguyu tam olarak tarif etmeden önce, ilgili kavramları daha derinlemesine anlayalım.

Elektrik ve Manyetik Alanlar

Alan nedir? Bazen daha tanıdık gelen bir şey hakkında düşünmek yararlı olur. Yerçekimi, elektrik ve manyetizma gibi, aynı zamanda bir alan yaratan bir kuvvettir. Dünya etrafındaki uzayın bölgesini düşünün.

Uzayda herhangi bir kütle kütlesinin büyüklüğüne ve Dünya'ya olan mesafesine bağlı bir kuvveti hissedecektir. Bu yüzden Dünya etrafındaki boşluğun bir alanyani, uzaydaki her noktaya atanan bir değer, ne kadar büyük ve hangi yönde karşılık gelen bir kuvvetin olacağına dair bir gösterge verir. Kütleçekim alanının büyüklüğü bir mesafe r kütleden M, örneğin, formülle verilir:

E = {GM yukarıda {1pt} r ^ 2}

Nerede G, evrensel çekim kuvveti sabitidir 6.67408 × 10^-11 m³/ (Kg²). Herhangi bir noktada bu alanla ilişkilendirilen yön, Dünyanın merkezine doğru işaret eden bir birim vektör olacaktır.

Elektrik alanları aynı şekilde çalışır. Elektrik alanın büyüklüğü bir mesafe r noktadan itibaren ücret q formülle verilir:

E = {kq yukarıda {1pt} r ^ 2}

Nerede k Coulomb sabiti 8,99 × 10⁹ nm²/ C². Herhangi bir noktada bu alanın yönü yüke doğru q Eğer q negatif ve ücretten uzakta q Eğer q olumlu.

Bu alanların ters kare yasasına uyduğunu unutmayın; bu nedenle iki kat daha uzağa giderseniz, alan dörtte biri kadar güçlü olur. Birkaç nokta yüküyle oluşturulan elektrik alanını veya sürekli bir yük dağılımını bulmak için, üst üste bindirmeyi buluruz veya dağılımın bir entegrasyonunu yaparız.

Manyetik alanlar biraz daha zordur, çünkü mıknatıslar her zaman dipol olarak gelir. Manyetik alanın büyüklüğü genellikle harfle gösterilir. Bve bunun kesin formülü duruma bağlıdır.

Peki Manyetizma Gerçekten Nereden Gelir?

Elektrik ve manyetizma arasındaki ilişki, her birinin ilk keşiflerinden sonraki birkaç yüzyıldan beri bilim insanlarına açık değildi. İki fenomen arasındaki etkileşimi araştıran bazı kilit deneyler nihayetinde bugünkü anlayışımıza yol açtı.

Güncel Taşıma Telleri Manyetik Alan Oluşturuyor

Bilim adamları, 1800'lerin başlarında, ilk önce tel taşıyan bir akıma yakın tutulduğunda manyetik bir pusula iğnesinin sapabileceğini keşfettiler. Bir akım taşıyan telin manyetik bir alan yarattığı ortaya çıkıyor. Bu manyetik alan bir mesafe r sonsuz uzun tel taşıma akımı ben formülle verilir:

B = { mu_0 I yukarıda {1pt} 2 pi r}

Nerede μ₀ vakum geçirgenliği 4_π_ × 10^-7 N / A². Bu alanın yönü sağ kural - sağ elinizin başparmağını akım yönünde tutun ve ardından parmaklarınız telin etrafını manyetik alanın yönünü belirten bir daireye sarın.

Bu keşif elektromıknatısların oluşmasına yol açtı. Akım taşıyan bir tel alıp bir bobine sardığını hayal edin. Elde edilen manyetik alanın yönü, bir çubuk mıknatısın dipol alanı gibi görünecektir!

••• pixabay

Peki ya Bar Mıknatıslar? Mıknatıslıkları nereden geliyor?

Bir çubuk mıknatıstaki manyetizma, elektronların kendisini oluşturan atomlardaki hareketi ile üretilir. Her atomdaki hareketli yük küçük bir manyetik alan yaratır. Çoğu malzemede, bu alanlar her hangi bir yöne yönlendirilir ve net bir manyetizma olmaz. Ancak demir gibi bazı malzemelerde, malzeme bileşimi bu alanların hepsinin hizalanmasına izin verir.

Yani manyetizma gerçekten elektriğin tezahürüdür!

Ama Bekleyin, Daha Fazlası Var!

Sadece manyetizma elektrikten değil, aynı zamanda elektrikten manyetizmadan kaynaklanabileceği ortaya çıktı. Bu keşif Michael Faraday tarafından yapıldı. Elektrik ve manyetizmanın ilişkili olduğunu keşfettikten kısa bir süre sonra Faraday, bobinin merkezinden geçen manyetik alanı değiştirerek bir tel bobininde akım üretmenin bir yolunu buldu.

Faraday yasası Bir bobinde indüklenen akımın, buna neden olan değişime karşı gelecek şekilde akacağını belirtir. Bununla kastedilen, indüklenen akımın, buna neden olan değişen manyetik alana karşı çıkan manyetik alan üreten bir yönde akmasıdır. Temelde, indüklenen akım sadece saha değişikliklerini önlemeye çalışıyor.

Dolayısıyla, dış manyetik alan bobine işaret ediyorsa ve daha sonra büyük oranda artarsa, akım, bu değişikliği önlemek için ilmeğin dışına dönük bir manyetik alan oluşturacak şekilde akacaktır. Harici manyetik alan bobine işaret ediyorsa ve büyüklükte azalırsa, akım, değişimin önüne geçmek için aynı zamanda bobine işaret eden bir manyetik alan oluşturacak şekilde akacaktır.

Faraday’ın keşfi, günümüz elektrik jeneratörlerinin arkasındaki teknolojiye öncülük etti. Elektrik üretmek için, bir tel bobinden geçen manyetik alanı değiştirmenin bir yolu olması gerekir. Bu değişimin gerçekleşmesi için bir tel bobini güçlü bir manyetik alanın varlığında çevirmeyi hayal edebilirsiniz. Bu genellikle rüzgar veya akan su ile hareket ettirilen türbin gibi mekanik yollarla yapılır.

••• pixabay

Manyetik Kuvvet ve Elektrik Gücü Arasındaki Benzerlikler

Manyetik kuvvet ile elektrik kuvvet arasındaki benzerlikler çoktur. Her iki güç de suçlamalara etki eder ve kökenlerini aynı fenomende barındırır. Her iki kuvvet yukarıda açıklandığı gibi karşılaştırılabilir güçlere sahiptir.

Şarj elektrik gücü q alan nedeniyle E tarafından verilir:

Vec {F} = q vec {E}

Şarjdaki manyetik kuvvet q hız ile hareket v alan nedeniyle B Lorentz kuvvet yasası ile verilmiştir:

vec {F} = q vec {v} kez vec {B}

Bu ilişkinin başka bir formülasyonu:

vec {F} = vec {ı} L times vec {B}

Nerede ben güncel ve L Alandaki tel veya iletken yolun uzunluğu.

Manyetik kuvvet ile elektriksel kuvvet arasındaki benzerliklerin yanı sıra, bazı belirgin farklılıklar da vardır. Manyetik kuvvetin sabit bir yükü (v = 0, sonra F = 0 ise) veya alanın yönüne paralel hareket eden bir yükü etkilemeyeceğini unutmayın (bu, 0 çapraz ürünle sonuçlanır) ve gerçekte manyetik kuvvet etki eder, hız ve alan arasındaki açıya göre değişir.

Elektrik ve Manyetizma Arasındaki İlişki

James Clerk Maxwell, elektrik ve manyetizma arasındaki ilişkiyi matematiksel olarak özetleyen dört eşitlikten oluşan bir dizi elde etti. Bu denklemler aşağıdaki gibidir:

triangledown cdot vec {E} = dfrac { rho} { epsilon_0} {} üçgen cdot vec {B} = 0 {} triangledown times vec {E} = - dfrac { kısmi vec {B}} { kısmi t} {} triangledown times vec {B} = mu_0 vec {J} + mu_0 epsilon_0 dfrac { kısmi vec {E}} { kısmi t}

Daha önce tartışılan olayların tümü bu dört denklemle tanımlanabilir. Fakat daha da ilginç olanı, türetilmelerinden sonra, daha önce bilindikleriyle tutarlı görünmeyen bu denklemlere bir çözüm bulunması. Bu çözelti kendinden yayılan bir elektromanyetik dalga tanımladı. Ancak bu dalganın hızı türetildiğinde, şöyle olduğu tespit edildi:

dfrac {1} { sqrt { epsilon_0 mu_0}} = 299,792,485 m / s

Bu ışığın hızı!

Bunun önemi nedir? Görünüşe göre fenomen bilimcileri, bir süredir özelliklerini araştırıyorlardı, aslında elektromanyetik bir fenomendi. İşte bu yüzden bugün sizlerin buna bakın Elektromanyetik radyasyon.

••• pixabay