Tenho lido na Khan Academy sobre a fórmula para calcular as linhas do campo magnético (lei de Ampère). Alguns materiais têm a capacidade de concentrar campos magnéticos, o que é descrito por aqueles materiais com maior permeabilidade. A permeabilidade do vácuo é $ 4 \ pi * 10 ^ -7 $ , o que significa que pode concentrar as linhas do campo magnético. Mas como nada pode – não importa, energia ou força – influenciar ou manipular as ondas que passam por ele (praticamente através do nada). Quero dizer, por que a permeabilidade não é 0? (Isso surge apenas da rígida intuição de que o vácuo não faz nada a nada porque não é nada – ignorando os pares partícula-antipartícula ou coisas semelhantes muito distantes.)
Como pode ser visto pela imprecisão da questão , Estou aprendendo física (não sou um especialista) e qualquer resposta teórica é aceitável, mas respostas envolvendo matemática complexa, como cálculo ou diferenciais, não são bem-vindas, mas se for necessário, deixe-me ser informado.
Comentários
- Se fosse zero, não haveria campo magnético.
Resposta
A “capacidade de concentrar campos” é, na melhor das hipóteses, uma descrição muito vaga de validade limitada. Descrições vagas de validade limitada sempre levam a paradoxos quando tomadas muito literalmente.
O a permeabilidade magnética é um fator de proporcionalidade na relação entre o campo e a corrente. No espaço livre, a relação é $$ \ nabla \ times \ mathbf {B} = \ mu_0 \ mathbf {J} $$ Não se distraia com o derivado $ \ nabla $ ; o cálculo não é importante aqui. O importante é que uma corrente diferente de zero produz um campo diferente de zero, mesmo no espaço livre, então a permeabilidade do espaço livre é diferente de zero.
Dentro de um material em que parte da corrente é devido a cobranças vinculadas, a corrente associada a cobranças gratuitas é a ondulação da quantidade $$ \ mathbf {H} = \ frac {1} {\ mu_0} \ mathbf {B} – \ mathbf {M} $$ onde a magnetização $ \ mathbf {M} $ contas para as correntes devido às cargas vinculadas. A permeabilidade magnética $ \ mu $ do material é definida pela relação $$ \ mathbf {H} = \ frac {1} {\ mu} \ mathbf {B}. $$ O objetivo é fazer com que as equações que envolvem a corrente livre se pareçam com a equação que envolve a corrente total, com $ \ mathbf {H} $ no lugar de $ \ mathbf {B} $ . No espaço livre, onde o magn itização $ \ mathbf {M} $ é zero, as equações anteriores implicam em $ \ mu = \ mu_0 $ .
Comentários
- Obrigado pela derivação que estava procurando. De onde vem o valor dessa constante 4 * pi * 10 ^ -7 ?? É definido ou descoberto por cálculos experimentais como G (constante gravitacional universal)?
- @Theinfinity O valor costumava ser definido como $ 4 \ pi \ cdot 10 ^ {- 7} \ text {H / m} $. Agora, é experimentalmente determinado como estando dentro da incerteza do valor original. Além disso, observe que a permeabilidade tem unidades; não é adimensional.
- Tesla metros por ampere. Direita. Obrigado
Resposta
Se a permeabilidade do vácuo fosse zero, então não haveria campos magnéticos, como $ B \ propto \ mu_0 $ , portanto, deve ser diferente de zero para que haja campos magnéticos. A condição de permeabilidade zero realmente descreve supercondutores , onde o campo magnético é zero por dentro. Já que você perguntou sobre algo sendo zero no vácuo, é importante notar que há uma quantidade relacionada à permeabilidade, chamada susceptibilidade magnética , que é zero para o vácuo . Isso é usado para descrever como a mídia linear se compara ao vácuo, pela relação $ \ mu = \ mu_0 (1 + \ chi_m) $ , onde $ \ mu $ é a permeabilidade de algum meio com susceptibilidade magnética $ \ chi_m $ .
Comentários
- Eu entendi isso, mas minha dúvida é por que isso é chamado de permeabilidade de vácuo. É apenas uma prática convencional histórica ou tem alguma implicação prática?
Resposta
A permeabilidade do vácuo surge na teoria de campo clássica da ideia de que o espaço não é um nada, mas é algo substantivo que apóia a noção de um campo.Ele aparece de forma diferente na eletrodinâmica quântica, em que as forças eletromagnéticas podem ser vistas como surgindo da troca de fótons entre partículas carregadas. Embora ainda seja chamada de permeabilidade do vácuo, as Organizações de Padrões passaram recentemente a usar constante magnética como o nome preferido para $ μ_0 $ ,
Resposta
Enquanto $ \ mu_0 $ tem o nome de permeabilidade do vácuo, sua origem está relacionada às forças entre os condutores:
$$ \ frac {F} {\ Delta L} = \ frac {\ mu_0 I_1I_2} {2 \ pi d} $$
O que os experimentos mostram é que a força é proporcional às correntes e ao inverso da distância entre os fios. É possível definir a constante de proporcionalidade ( $ \ mu_0 $ ) como $ 1 $ . Mas, neste caso, a unidade de carga deve ser modificada, porque $ I = Q / t $ .
A princípio, esse experimento parece um material elétrico puro, mas fios condutores também desviam a agulha de uma bússola, então a força é descrita como mediada por um campo magnético produzido pelas correntes. E muda dependendo do material entre os fios.
Essa é a razão para o nome permeabilidade magnética e por que $ \ mu_0 \ ne 1 $ para o vácuo.