Почему магнитное притяжение не увеличивается бесконечно, когда расстояние уменьшается - физиков.нет
Винтажный Клуб для гитаристов
0 голосов
/

Я не физик, но я из области науки. Тем не менее, я не помню знаменитого объяснения этой старой школьной головоломки, которую наш учитель физики просил. Я искал в Интернете, но не нашел обсуждения / объяснения этому.

Предположим, что два противоположных полюса двух магнитов приближаются друг к другу. Они притягивают друг друга, и поэтому их расстояния уменьшаются друг от друга. Теоретически связь магнитного притяжения с расстоянием между магнитами $$ F \propto \frac{1}{r^2}, $$ Это означает, что чем меньше расстояние, тем выше сила притяжения. Если это так, то через мгновение магниты притягиваются друг к другу с бесконечно большой силой (по сравнению с их текущей силой притяжения), как только расстояние еще больше уменьшается и достигает нанометрового масштаба. Так почему они просто привязываются друг к другу, практически не падая друг на друга из-за этой очень большой (бесконечно) силы притяжения. Это должно происходить даже для довольно маленьких магнитов, а также по формуле. Но этого не происходит. Почему?

Ответы [ 4 ]

1 голос
/

Вы делаете ошибку категории - вы сравниваете поведение из двух несопоставимых ситуаций.

  • Электростатическая сила между двумя точечными зарядами масштабируется как $1/r^2$, где $r$ - расстояние между точками точечных зарядов, и оно увеличивается без ограничения по мере приближения.

  • Аналогично, магнитное взаимодействие между двумя точечными диполями также увеличивается без ограничений по мере их приближения; он имеет более сложную зависимость от направления в зависимости от того, куда указывают магнитные дипольные моменты, но он масштабируется как $1/r^4$.

Другими словами, точечные источники демонстрируют неограниченный рост силы, которую они испытывают как для магнитных, так и для электрических источников. Однако ваш оригинальный пост требует отдельной ситуации:

  • Как вы заметили, сила между двумя расширенными распределениями с однородной намагниченностью не увеличивается без границ.

  • Правильное сравнение с этим представляет собой расширенное распределение электрического заряда, то есть пластина с однородной объемной плотностью заряда; это создаст постоянное электрическое поле на его границе, и оно будет оказывать ограниченную силу на подобные расширенные распределения заряда.

1 голос
/

Магнетизм - это только часть более общей силы Электромагнетизм . В макромасштабе очевиден только магнетизм, но по мере уменьшения расстояний мы должны учитывать электрические силы.


Магнит - это просто набор атомов, ориентированных так, что они создают магнитное поле. Это поле имеет широкий диапазон ( длиннее, чем электрические силы ), поэтому его эффекты более заметны в макромасштабе.

Поскольку ваши два магнита имеют противоположные полюса, они притягиваются. Но по мере приближения они начинают входить в диапазон электрических сил.

Bar magnets attracting

Из-за того, что атомы имеют свои электроны на границах, электроны первыми взаимодействуют, когда дело доходит до электрических сил.

По мере приближения двух магнитов их электроны сближаются и начинают отталкивать друг друга из-за одинаковых зарядов. Эта электрическая сила равна, если не намного больше, чем магнитная сила.

Magnet's electrons repelling

Именно поэтому два магнита не "фактически врезаются" друг в друга, а скорее "прикрепляются" из-за баланса сил притяжения и отталкивания при игре.


Если вы хотите узнать больше, существует множество онлайн-ресурсов, охватывающих Квантовая электродинамика (QED), таких как Brilliant.org или канал Fermilab на YouTube

1 голос
/

В реальных магнитах (например, в виде стержневого магнита) полюс находится не совсем на конце. Это немного внутри. Таким образом, вы никогда не сможете расположить полюса двух магнитов бесконечно близко, чтобы получить желаемую бесконечную силу, так как вы не можете поместить магнит внутрь другого.

(На самом деле, магнитные монополи не существуют. Но вы можете прийти к одному и тому же ответу силы между двумя магнитами, если предположите, что они существуют. И чтобы получить правильный ответ, вы должны предположить, что эти полюсы находятся внутри магнит. Линии поля внутри магнита аналогичны линиям поля внутри соленоида, а не внутри электрического диполя)

Вот так ориентируются силовые линии внутри магнита. Обратите внимание, что нет монополей. Магнитное поле внутри сильно, но не бесконечно. enter image description here

Вот как ориентированы силовые линии внутри электрического диполя. Поле становится бесконечно сильным вблизи полюсов. Однако, даже если вы получите настоящий электретный стержень, поле не будет бесконечно сильным, когда вы приближаетесь к полюсу, поскольку вы никогда не сможете уменьшить расстояние до нуля. Кроме того (я не уверен в этом), полюсные стержни электрета могут быть немного внутри него из-за кристаллической структуры. electric dipole

Кроме того, сила между двумя магнитами примерно равна $ 1/r^3$, когда расстояние между ними велико по сравнению с их размером. Проверьте усилие между диполями для получения более подробной информации.

0 голосов
/

Чтобы приблизить два магнита, требуются магниты меньшего размера, а магнитные поля будут все меньше.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...