Jag har läst i Khan Academy om formeln för beräkning av magnetfältlinjer (Amperes lag). Vissa material har förmågan att koncentrera magnetfält, vilket beskrivs av de material som har högre permeabilitet. Vakuumets permeabilitet är $ 4 \ pi * 10 ^ -7 $ , vilket innebär att den kan koncentrera magnetfältlinjer. Men hur kan ingenting – oavsett, energi eller kraft – påverka eller manipulera vågorna som passerar genom det (praktiskt taget genom ingenting). Jag menar varför är permeabiliteten inte 0? (Detta kommer bara ur den styva intuitionen att vakuum inte gör någonting för någonting eftersom det är ingenting – ignorerar partikel-antipartikelpar eller liknande väldigt avlägsna saker.)
Som framgår av den otydliga frågan , Jag lär mig fysik (inte en expert) och alla teoretiska svar är okej men svar som involverar komplex matematik som kalkyl eller skillnader är ovälkomna men om det behöver användas låt mig informeras.
Kommentarer
- Om det var noll, skulle det inte finnas något magnetfält alls.
Svar
”Förmågan att koncentrera fält” är i bästa fall en mycket lös beskrivning av begränsad giltighet. Lösa beskrivningar av begränsad giltighet leder alltid till paradoxer när de tas för bokstavligt.
magnetisk permeabilitet är en proportionalitetsfaktor i förhållandet mellan fält och ström. I ledigt utrymme är förhållandet $$ \ nabla \ times \ mathbf {B} = \ mu_0 \ mathbf {J} $$ Låt dig inte distraheras av derivatet $ \ nabla $ ; kalkylen är inte viktig här. Det viktiga är att en icke-nollström producerar ett fält som inte är noll, även i fritt utrymme, så permeabiliteten för fritt utrymme är icke-noll.
Inuti en material där en del av strömmen beror på bundna laddningar, är strömmen associerad med gratis avgifter krullen för kvantiteten $$ \ mathbf {H} = \ frac {1} {\ mu_0} \ mathbf {B} – \ mathbf {M} $$ där magnetiseringen $ \ mathbf {M} $ för strömmar på grund av bundna laddningar. Den magnetiska permeabiliteten $ \ mu $ för materialet definieras av förhållandet $$ \ mathbf {H} = \ frac {1} {\ mu} \ mathbf {B}. $$ Detta är tänkt att få ekvationerna med den fria strömmen att se ut som ekvationen som involverar den totala strömmen, med $ \ mathbf {H} $ istället för $ \ mathbf {B} $ . I ledigt utrymme, där magn itisering $ \ mathbf {M} $ är noll, de föregående ekvationerna innebär att $ \ mu = \ mu_0 $ .
Kommentarer
- Tack för den härledningen som jag letade efter. Var kommer värdet på den konstanten från 4 * pi * 10 ^ -7 ?? Definieras eller upptäcks det av experimentella beräkningar som G (universell gravitationskonstant)?
- @Theinfinity Värdet brukade definieras som $ 4 \ pi \ cdot 10 ^ {- 7} \ text {H / m} $. Nu bestäms det experimentellt att det ligger inom osäkerhet om det ursprungliga värdet. Observera också att permeabilitet har enheter; det är inte måttlöst.
- Tesla meter per ampere. Rätt. Tack
Svar
Om vakuumpermeabiliteten var noll, skulle det inte finnas några magnetfält, som $ B \ propto \ mu_0 $ , så det måste vara noll för att det ska finnas magnetfält. Villkoret för nollpermeabilitet beskriver faktiskt superledare , där magnetfältet är noll inuti. Eftersom du frågade om att något är noll i vakuumet är det värt att notera att det finns en mängd relaterad till permeabilitet, kallad magnetisk känslighet , vilket är noll för vakuumet . Detta används för att beskriva hur linjära medier jämförs med vakuumet, med förhållandet $ \ mu = \ mu_0 (1 + \ chi_m) $ , där $ \ mu $ är permeabiliteten för något medium med magnetisk känslighet $ \ chi_m $ .
Kommentarer
- Jag förstod det men min tvivel är varför det kallas permeabilitet av vakuum. Är det bara en historisk konventionell praxis eller har det några praktiska konsekvenser?
Svar
Vakuumets permeabilitet uppstår i den klassiska fältteorin från tanken att rymden inte är en ingenting, utan är ett materiellt något som stöder uppfattningen om ett fält.Det verkar annorlunda i kvantelektrodynamik, där elektromagnetiska krafter kan ses som härrör från utbytet av fotoner mellan laddade partiklar. Även om det fortfarande kallas vakuumets permeabilitet har standardorganisationer nyligen gått över till att använda magnetisk konstant som det föredragna namnet för $ μ_0 $ ,
Svara
Medan $ \ mu_0 $ har namnet på vakuumpermeabilitet, dess ursprung är relaterat till krafterna mellan ledare:
$ \ mu_0 $ ) som $ 1 $ . Men i det här fallet måste laddningsenheten ändras, eftersom $ I = Q / t $ .
Till en början verkar det experimentet vara en ren elektrisk grej, men ledande trådar avböjer också en kompassnål, så kraften beskrivs som förmedlad av ett magnetfält producerat av strömmarna. Och det ändras beroende på materialet mellan ledningarna.
Det är anledningen till namnet magnetisk permeabilitet och varför $ \ mu_0 \ ne 1 $ för vakuumet.