Magnétisme

lectromagnetism3 Dans la physique , le magnétisme est l'un des phénomènes par lesquels les matériaux exercent les forces attrayantes ou répulsives sur d'autres matériaux . Quelques matériaux bien connus qui présentent facilement les propriétés magnétiques discernables (appelées les aimants sont le nickel , le fer , le cobalt , et leurs alliages cependant, tous les matériaux sont influencés à plus grand ou à peu de degré par la présence d'un champ magnétique .

Le magnétisme a également d'autres manifestations dans la physique, en particulier en tant qu'un des deux composants des ondes électromagnétiques électromagnétiques tel que la lumière .

Histoire

Le Aristote attribue le premier de ce qui pourrait s'appeler une discussion scientifique sur le magnétisme au Thales , qui a vécu environ de 625 AVANT JÉSUS CHRIST environ à 545 AVANT JÉSUS CHRIST. En Chine, la référence littéraire la plus tôt au magnétisme se situe dans le 4ème un livre appelé de de siècle AVANT JÉSUS CHRIST par livre du maître (鬼谷子) de vallée de diable : " ; L'aimant naturel fait le repasser viennent ou il attire it." ; La mention la plus tôt de l'attraction d'une aiguille apparaît dans un travail composé entre l'ANNONCE 20 et 100 ( Louen-heng ) : " ; Un aimant naturel attire un needle." ; Le chinois Shen Kuo (1031-1095) de scientifique du antique était la première personne à écrire de la boussole et de celle d'aiguille magnétique qu'elle a amélioré l'exactitude de la navigation en utilisant le concept astronomique du du du véritable nord (la piscine rêveuse de essaye , l'ANNONCE 1088), et par le 12ème siècle les Chinois ont été connus pour utiliser la boussole d'aimant naturel pour la navigation. Le Alexandre Neckham , d'ici 1187, était le premier dans le l'Europe pour décrire la boussole et son utilisation pour la navigation. En le 1269 Peter Peregrinus a écrit le Epistola de Magnete , le premier traité existant décrivant les propriétés des aimants.

Un arrangement du rapport entre l'électricité et le magnétisme a commencé en 1819 par le travail par l'oersted chrétien , un professeur de Hans de à l'université de Copenhague, qui a découvert plus ou moins accidentellement qu'un courant électrique pourrait influencer une aiguille de boussole. Cette expérience de borne limite est connue comme expérience de l'oersted. Plusieurs autres expériences suivies, avec le André-Marie Ampère , le Carl Friedrich Gauss , le Michael Faraday , et d'autres trouvant d'autres liens entre le magnétisme et l'électricité. Le commis Maxwell de James de a synthétisé et a augmenté ces perspicacités dans les équations de Maxwell de , l'électricité unifying, le magnétisme, et les systemes optique dans le champ de l'électromagnétisme . En 1905, Einstein a employé ces lois en motivant sa théorie de la relativité spéciale , dans l'apparence de processus qui l'électricité et le magnétisme sont fondamentalement liés et inséparables.

L'électromagnétisme a continué à se développer en le 20ème siècle, étant incorporé aux théories plus fondamentales de la théorie de mesure de , de l'électrodynamique de Quantum de , de la théorie d'Electroweak de , et finalement du modèle standard .

Physique de magnétisme

Aimants et matériaux magnétiques

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l'aimant Chaque électron est, par sa nature, un petit aimant (voir le moment de dipôle magnétique d'électron ). D'habitude, les électrons innombrables dans un matériel sont aléatoirement orientés dans différentes directions, ne laissant aucun effet en moyenne, mais dans une barre aimantée les électrons sont alignés dans la même direction, ainsi ils agissent coopérativement, créant un champ magnétique net.

En plus du champ magnétique intrinsèque de l'électron, il y a parfois un champ magnétique additionnel ce des résultats du mouvement orbital de l'électron autour du noyau . Cet effet est analogue à la façon dont une boucle de courant-transport de fil produit d'un champ magnétique (voir le dipôle magnétique ). Encore, d'habitude, le mouvement des électrons est tel qu'il n'y a aucun champ moyen du matériel, mais en certaines conditions, le mouvement peut aligner afin de produire un champ total mesurable.

Le comportement magnétique global d'un matériel peut varier considérablement, selon la structure du matériel, et en particulier sur sa configuration d'électron de . On a observé plusieurs formes de comportement magnétique dans différents matériaux, incluant :
Diamagnetism
Paramagnétisme
Aimant moléculaire
Ferromagnétisme
Antiferromagnetism
Ferrimagnetism
Metamagnetism
Verre de rotation
Superparamagnetism

Magnétisme, électricité, et relativité spéciale

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l'électromagnétisme Par suite de la théorie d'Einstein de la relativité spéciale , on comprend que l'électricité et le magnétisme sont fondamentalement liés. Les deux le magnétisme manquant de l'électricité, et l'électricité sans magnétisme, sont contradictoires avec la relativité spéciale, dus à des effets tels que la contraction de longueur , la dilatation de temps de , et le fait que la force magnétique est vitesse-dépendante. Cependant, quand l'électricité et le magnétisme sont tenus compte, la théorie en résultant (électromagnétisme ) est entièrement compatible à la relativité spéciale. En particulier, un phénomène qui semble purement électrique à un observateur peut être purement magnétique à l'autre, ou plus généralement les contributions relatives de l'électricité et du magnétisme dépendent de l'armature de la référence. Ainsi, " de relativité spéciale ; mixes" ; l'électricité et le magnétisme dans un phénomène simple et inséparable ont appelé l'électromagnétisme (de façon analogue à la façon dont " de relativité spéciale ; mixes" ; l'espace et temps dans l'espace-temps ).

Champs magnétiques et forces

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du champ magnétique

Le phénomène du magnétisme est " ; mediated" ; par le champ magnétique -- c., un courant électrique ou un dipôle magnétique crée un champ magnétique, et ce champ, alternativement, donne les forces magnétiques sur d'autres particules qui sont dans les domaines.

À une excellente approximation (mais à ignorer quelques effets de quantum---voir l'électrodynamique de Quantum de ), les équations de Maxwell de que (qui simplifient à la loi de Biot-Savart de dans le cas des courants réguliers) décrivent l'origine et le comportement des champs qui régissent ces forces. Par conséquent le magnétisme est vu toutes les fois qu'électriquement les particules chargées sont dans le mouvement ---par exemple, du mouvement des électrons dans un courant électrique , ou dans certains cas du mouvement orbital des électrons autour d'un noyau d'atome. Ils résultent également du " ; intrinsic" ; Dipôles magnétiques résultant des effets de quantum, c. de la rotation quantum-mécanique .

Les mêmes situations qui créent des champs magnétiques (charge se déplaçant un courant ou un atome, et des dipôles magnétiques intrinsèques) sont également les situations dans lesquelles un champ magnétique a un effet, créant une force . Être suit la formule pour la charge mobile ; pour les forces sur un dipöle intrinsèque, voir le dipôle magnétique .

Quand une particule chargée se déplace par un B du champ magnétique , elle sent un forcer le F de donné par le produit en travers : $de\; \backslash \; vec\; \{F\}\; =\; q\; \backslash \; vec\; \{v\}\; \backslash \; périodes\; \backslash \; vec\; \{B\}$ là où le $q\; \backslash ,$ est la charge électrique de la particule, $\backslash \; vec\; \{v\}\; \backslash ,$ est vitesse vecteur de particule, et $\backslash \; vec\; \{\}\; de\; B\; \backslash ,$ est le champ magnétique . Puisque c'est un produit en travers, la force est le perpendiculaire au mouvement de la particule et au champ magnétique. Elle suit que la force magnétique n'effectue aucun travail sur la particule ; elle peut changer la direction du mouvement des particules, mais elle ne peut pas le faire accélérer ou ralentir. L'importance de la force est $F\; de\; =\; q\; v\; B\; \backslash \; péché\; \backslash \; thêta\; \backslash ,$ là où $\backslash \; thêta\; \backslash ,$ est angle entre $\backslash \; vec\; \{v\}\; \backslash ,$ et $\backslash \; vec\; \{\}\; de\; B\; \backslash ,\; vecteurs\; de$.

Un outil pour déterminer la direction du vecteur de la vitesse d'une charge mobile, du champ magnétique, et de la force exercée marque le " de l'index ; V" ; , le " du doigt moyen ; B" ; , et le " du pouce ; F" ; avec votre main droite. En faisant a pistolet-comme la configuration (avec le croisement de doigt moyen sous l'index), les doigts représentent le vecteur de vitesse, le vecteur de champ magnétique, et le vecteur de force, respectivement. Voir également la règle droite .

La loi de Lenz donne la direction de la force électromotrice induite (emf) et de résulter courant de l'induction électromagnétique. Le physicien allemand Heinrich Lenz l'a formulée en 1834.

Dipôles magnétiques

voient également :

du dipôle magnétique

Une source très commune de champ magnétique montré en nature est un dipöle , avec un " ; " du pôle du sud ; et un " ; " du Pôle Nord ; ; les limites remontant à l'utilisation des aimants comme fait le tour de agissant l'un sur l'autre avec le champ magnétique de la terre de pour indiquer du nord et des sud sur le globe . Puisque des extrêmes inverses des aimants sont attirés, « au nord » le pôle magnétique de la terre doit être par magnétisme les « sud.

Un champ magnétique contient l'énergie , et les systèmes physiques stabilisent dans la configuration avec de la plus basse énergie. Par conséquent, une fois placé dans un champ magnétique, un dipôle magnétique tend à s'aligner dans la polarité opposée sur ce champ, décommandant de ce fait l'intensité de champ nette autant que possible et l'abaissement de l'énergie entreposé dans ce domaine à un minimum. Par exemple, deux barres aimantées identiques ont placé normalement le nord vertical de ligne aux sud, ayant pour résultat un champ magnétique net beaucoup plus petit, et résistent à toutes les tentatives de les réorienter pour se diriger dans la même direction. L'énergie exigée pour les réorienter dans cette configuration est alors stockée dans le champ magnétique en résultant, qui est la double la force du champ de chaque aimant individuel. (C'est, naturellement, pourquoi un aimant utilisé comme boussole agit l'un sur l'autre avec le champ magnétique de la terre pour indiquer du nord et des sud).

Une formulation alternative et équivalente, il est souvent plus facile appliquer que mais peut-être offre moins de perspicacité, est qu'un dipôle magnétique dans un champ magnétique éprouve un couple et une force qui peuvent être exprimés en termes de champ et force du dipöle (c., son moment de dipôle magnétique ). Pour ces équations, voir le dipôle magnétique .

Monopoles magnétiques

voient également :

unipolaire magnétique du Puisqu'une barre aimantée obtient son ferromagnétisme des électrons microscopiques distribués même dans toute la barre, quand une barre aimantée est coupée dedans à moitié, chacun des morceaux en résultant est une plus petite barre aimantée. Quoiqu'on dise qu'un aimant ait un Pôle Nord et un pôle du sud, ces deux poteaux ne peuvent pas être séparés entre eux. Un unipolaire - si une telle chose existe - serait un nouveau et fondamentalement différent genre d'objet magnétique. Il agirait en tant que Pôle Nord d'isolement, non attaché à un pôle du sud, ou vice versa. Monopoles porterait le " ; charge" magnétique ; analogue à la charge électrique. En dépit des recherches systématiques depuis 1931, en date de 2006 , ils n'ont été jamais observés, et ne pourraient pas très bien exister.

Néanmoins, quelques modèles de la physique théorique prévoient l'existence de ces monopoles magnétiques . Paul Dirac observé en 1931 que, parce que l'électricité et le magnétisme montrent une certaine symétrie , juste comme la théorie de quantum prévoit qu'on peut observer le individuel positif ou les charges électriques négatives sans charge de opposition, des sud d'isolement ou les pôles magnétiques du nord devraient être observables. Using la théorie de quantum Dirac a prouvé que si les monopoles magnétiques existent, alors on pourrait expliquer la quantification de la charge électrique---c'est-à-dire, pourquoi les particules élémentaires observées portent les frais qui sont des multiples de la charge de l'électron.

Les théories unifiées grandes de certain prévoient l'existence des monopoles qui, à la différence des particules élémentaires, sont Solitons (paquets localisés d'énergie ). Les résultats préliminaires d'employer ces modèles pour estimer le nombre de monopoles créés dans les grandes observations cosmologiques contredites par de coup de - les monopoles auraient été si abondants et massifs qu'ils auraient arrêté depuis longtemps l'expansion de l'univers. Cependant, l'idée de l'inflation (pour quel ce problème servi de motivation partielle) était réussie en résolvant ce problème, créant modèle dans quels monopoles ont existé mais étaient assez rares pour être compatibles aux observations courantes.

Unités d'électromagnétisme

Unités de SI liées au magnétisme

D'autres unités

Voir également

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