He estado leyendo en Khan Academy sobre la fórmula para calcular líneas de campo magnético (ley de Ampere). Algunos materiales tienen la capacidad de concentrar campos magnéticos, que se describe en aquellos materiales que tienen una mayor permeabilidad. La permeabilidad del vacío es $ 4 \ pi * 10 ^ -7 $ , lo que significa que puede concentrar líneas de campo magnético. Pero, ¿cómo puede nada, ni materia, energía o fuerza, influir o manipular las ondas que lo atraviesan (prácticamente a través de la nada)? Quiero decir, ¿por qué la permeabilidad no es 0? (Esto simplemente surge de la intuición rígida de que el vacío no hace nada porque no es nada, ignorando los pares partícula-antipartícula o cosas similares muy distantes).
Como se puede ver en la imprecisión de la pregunta , Estoy aprendiendo física (no soy un experto) y cualquier respuesta teórica está bien, pero las respuestas que involucran matemáticas complejas como cálculo o diferenciales no son bienvenidas, pero si es necesario, déjeme estar informado.
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- Si fuera cero, no habría ningún campo magnético.
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La «capacidad de concentrar campos» es, en el mejor de los casos, una descripción muy vaga de validez limitada. Las descripciones sueltas de validez limitada siempre conducen a paradojas cuando se toman demasiado literalmente.
La la permeabilidad magnética es un factor de proporcionalidad en la relación entre el campo y la corriente. En el espacio libre, la relación es $$ \ nabla \ times \ mathbf {B} = \ mu_0 \ mathbf {J} $$ No se distraiga con el derivado $ \ nabla $ ; el cálculo no es importante aquí. Lo importante es que una corriente distinta de cero produce un campo distinto de cero, incluso en el espacio libre, por lo que la permeabilidad del espacio libre no es cero.
Dentro de un material donde parte de la corriente se debe a cargas limitadas, la corriente asociada con cargas gratuitas es la curva de la cantidad $$ \ mathbf {H} = \ frac {1} {\ mu_0} \ mathbf {B} – \ mathbf {M} $$ donde las cuentas de magnetización $ \ mathbf {M} $ para las corrientes debidas a cargas ligadas. La permeabilidad magnética $ \ mu $ del material se define por la relación $$ \ mathbf {H} = \ frac {1} {\ mu} \ mathbf {B}. $$ Esto está destinado a hacer que las ecuaciones que involucran la corriente libre se vean como la ecuación que involucra la corriente total, con $ \ mathbf {H} $ en lugar de $ \ mathbf {B} $ . En el espacio libre, donde la magn itization $ \ mathbf {M} $ es cero, las ecuaciones anteriores implican $ \ mu = \ mu_0 $ .
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- Gracias por la derivación que estaba buscando. ¿De dónde viene el valor de esa constante 4 * pi * 10 ^ -7? ¿Está definido o descubierto por cálculos experimentales como G (constante gravitacional universal)?
- @Theinfinity El valor antes se definía como $ 4 \ pi \ cdot 10 ^ {- 7} \ text {H / m} $. Ahora, se determina experimentalmente que está dentro de la incertidumbre del valor original. Además, tenga en cuenta que la permeabilidad tiene unidades; no es adimensional.
- Medidores de Tesla por amperio. Correcto. Gracias
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Si la permeabilidad al vacío fuera cero, entonces no habría campos magnéticos, como $ B \ propto \ mu_0 $ , por lo que debe ser distinto de cero para que haya campos magnéticos. La condición de permeabilidad cero describe en realidad superconductores , donde el campo magnético es cero en el interior. Como preguntaste sobre algo que es cero en el vacío, vale la pena señalar que hay una cantidad relacionada con la permeabilidad, llamada susceptibilidad magnética , que es cero para el vacío . Esto se usa para describir cómo los medios lineales se comparan con el vacío, por la relación $ \ mu = \ mu_0 (1 + \ chi_m) $ , donde $ \ mu $ es la permeabilidad de algún medio con susceptibilidad magnética $ \ chi_m $ .
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- Lo entendí pero mi duda es por qué se llama permeabilidad del vacío. ¿Es solo una práctica histórica convencional o tiene alguna implicación práctica?
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La permeabilidad del vacío surge en la teoría de campos clásica de la idea de que el espacio no es una nada, sino algo sustantivo que apoya la noción de campo.Aparece de manera diferente en la electrodinámica cuántica, en la que se puede considerar que las fuerzas electromagnéticas surgen del intercambio de fotones entre partículas cargadas. Aunque todavía se llama la permeabilidad del vacío, las organizaciones de normalización han pasado recientemente a utilizar constante magnética como nombre preferido para $ μ_0 $ ,
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Mientras $ \ mu_0 $ tiene el nombre de permeabilidad del vacío, su origen está relacionado con las fuerzas entre conductores:
$$ \ frac {F} {\ Delta L} = \ frac {\ mu_0 I_1I_2} {2 \ pi d} $$
Lo que muestran los experimentos es que la fuerza es proporcional a las corrientes ya la inversa de la distancia entre cables. Es posible establecer la constante de proporcionalidad ( $ \ mu_0 $ ) como $ 1 $ . Pero en este caso, la unidad de carga debe modificarse, porque $ I = Q / t $ .
Al principio, ese experimento parece puramente eléctrico, pero los cables conductores también desvían la aguja de una brújula, por lo que la fuerza se describe como mediada por un campo magnético producido por las corrientes. Y cambia según el material entre los cables.
Esa es la razón del nombre de permeabilidad magnética y por qué $ \ mu_0 \ ne 1 $ para el vacío.