Jeg har læst i Khan-akademiet om formlen til beregning af magnetfeltlinjer (Amperes lov). Nogle materialer har evnen til at koncentrere magnetfelter, hvilket er beskrevet af de materialer, der har højere permeabilitet. Vakuumets permeabilitet er $ 4 \ pi * 10 ^ -7 $ , hvilket betyder, at den kan koncentrere magnetfeltlinjer. Men hvordan kan intet – uanset energi, eller kraft – påvirke eller manipulere de bølger, der passerer gennem det (praktisk talt gennem intet). Jeg mener hvorfor er permeabiliteten ikke 0? (Dette kommer bare ud af den stive intuition, at vakuum ikke gør noget mod noget, fordi det ikke er noget – ignorerer partikel-antipartikelpar eller lignende meget fjerne ting.)
Som det kan ses af spørgsmålets uklarhed , Jeg lærer fysik (ikke en ekspert), og ethvert teoretisk svar er okay, men svar, der involverer kompleks matematik som beregning eller differentier, er uvelkomne, men hvis det skal bruges, lad mig informeres.
Kommentarer
- Hvis det var nul, ville der slet ikke være noget magnetfelt.
Svar
“Evnen til at koncentrere felter” er i bedste fald en meget løs beskrivelse af begrænset gyldighed. Løse beskrivelser af begrænset gyldighed fører altid til paradokser, når de tages for bogstaveligt.
magnetisk permeabilitet er en proportionalitetsfaktor i forholdet mellem felt og strøm. I ledigt rum er forholdet $$ \ nabla \ times \ mathbf {B} = \ mu_0 \ mathbf {J} $$ Lad dig ikke distrahere af den afledte $ \ nabla $ ; beregningen er ikke vigtig her. Det vigtige er, at en ikke-nul strøm producerer et felt, der ikke er nul, selv i frit rum, så permeabiliteten for frit rum er ikke-nul.
Inde i en materiale, hvor noget af strømmen skyldes bundne afgifter, er den strøm, der er forbundet med gratis afgifter, krøllen for mængden $$ \ mathbf {H} = \ frac {1} {\ mu_0} \ mathbf {B} – \ mathbf {M} $$ hvor magnetiseringen $ \ mathbf {M} $ konti for strømmen på grund af bundne ladninger. Den magnetiske permeabilitet $ \ mu $ af materialet er defineret af forholdet $$ \ mathbf {H} = \ frac {1} {\ mu} \ mathbf {B}. $$ Dette er beregnet til at få ligningerne, der involverer den frie strøm, ligne ligningen, der involverer den samlede strøm med $ \ mathbf {H} $ i stedet for $ \ mathbf {B} $ . I ledig plads, hvor magn itisering $ \ mathbf {M} $ er nul, de foregående ligninger antyder $ \ mu = \ mu_0 $ .
Kommentarer
- Tak for den afledning, som jeg ledte efter. Hvor kommer værdien af den konstante fra 4 * pi * 10 ^ -7 ?? Er det defineret eller fundet ud af eksperimentelle beregninger som G (universel tyngdekonstant)?
- @Theinfinity Værdien brugt til defineres som $ 4 \ pi \ cdot 10 ^ {- 7} \ tekst {H / m} $. Nu er det eksperimentelt bestemt at være inden for usikkerhed om den oprindelige værdi. Bemærk også, at permeabilitet har enheder; det er ikke dimensionsløst.
- Tesla meter pr. ampere. Ret. Tak
Svar
Hvis vakuumpermeabiliteten var nul, ville der ikke være nogen magnetfelter, som $ B \ propto \ mu_0 $ , så det skal være ikke-nul for at der skal være magnetfelter. Betingelsen med nul permeabilitet beskriver faktisk superledere , hvor magnetfeltet er nul indeni. Da du spurgte om, at noget var nul i vakuumet, er det værd at bemærke, at der er en størrelse relateret til permeabilitet, kaldet magnetisk modtagelighed , som er nul for vakuumet . Dette bruges til at beskrive, hvordan lineære medier sammenlignes med vakuumet, ved forholdet $ \ mu = \ mu_0 (1 + \ chi_m) $ , hvor $ \ mu $ er permeabiliteten for et medium med magnetisk følsomhed $ \ chi_m $ .
Kommentarer
- Jeg forstod det, men min tvivl er, hvorfor det kaldes vakuumgennemtrængelighed. Er det kun en historisk konventionel praksis, eller har det nogen praktiske implikationer?
Svar
Vakuumets permeabilitet opstår i klassisk feltteori fra ideen om, at rummet ikke er et ingenting, men er et materielt, der understøtter forestillingen om et felt.Det ser anderledes ud i kvanteelektrodynamik, hvor elektromagnetiske kræfter kan ses som opstået ved udveksling af fotoner mellem ladede partikler. Selvom det stadig kaldes vakuumets permeabilitet, er standardorganisationer for nylig flyttet til at bruge magnetisk konstant som det foretrukne navn for $ μ_0 $ ,
Svar
Mens $ \ mu_0 $ har navnet permeabilitet for vakuum, dens oprindelse er relateret til kræfterne mellem ledere:
$$ \ frac {F} {\ Delta L} = \ frac {\ mu_0 I_1I_2} {2 \ pi d} $$
Hvad eksperimenterne viser er, at kraften er proportional med strømmen og til det modsatte af afstanden mellem ledningerne. Det er muligt at indstille proportionalitetskonstanten ( $ \ mu_0 $ ) som $ 1 $ . Men i dette tilfælde skal opladningsenheden ændres, fordi $ I = Q / t $ .
Først synes dette eksperiment at være en ren elektrisk ting, men ledende ledninger afbøjer også en kompassnål, så kraften beskrives som medieret af et magnetfelt produceret af strømmen. Og det skifter afhængigt af materialet mellem ledningerne.
Det er grunden til navnet magnetisk permeabilitet, og hvorfor $ \ mu_0 \ ne 1 $ til vakuumet.