یک الکترومغناطیس دارای قطب شمال و جنوب است هر مغناطیس الکترومغناطیس دارای دو قطب است، بنابراین کل نیروی وارد شده بر یک آهنربای معین ناشی از آهنربای دیگر برابر است با مجموع بردار نیروهای قطب های آهنربای دیگر که بر هر قطب مغناطیس مفروض وارد می شوند.جاذبه/ دافعه مغناطیسی یکی از ویژگی های اساسی مغناطیس است. قطب های N قطب های S و غیره را جذب می کنند و این بر اساس مشاهدات ما از نحوه عملکرد طبیعت است.
در حال حاضر، یک رابطه قوی بین الکتریسیته و مغناطیس وجود دارد، که توضیح می دهد که چرا یک جریان الکتریکی جریان میدان های مغناطیسی ایجاد می کند. هنگامی که میدان مغناطیسی تولید شد، جاذبه S-N قابل مشاهده است. و همچنین درست است که جریان هایی که در یک جهت جریان دارند، یکدیگر را جذب می کنند و هنگامی که در جهت مخالف جریان می یابند، از طریق فعل و انفعالات بین میدان های الکترومغناطیسی متقابل یکدیگر، یکدیگر را دفع می کنند.
در آهنرباهای دائمی، منبع میدان‌های مغناطیسی به ویژگی‌های فردی اتم‌ها در آهنرباها و نحوه هم‌تراز شدن آنها در جهت ترجیحی مربوط میشود. مجدداً، هنگامی که یک تراز خالص اتم ها در یک جهت خاص وجود دارد، یک میدان مغناطیسی حاصل در سطح ماکروسکوپی وجود دارد که سپس از قوانین جذب N-S پیروی می کند.
منظور از تک قطبی و دوقطبی مغناطیسی چیست؟ من نمی توانم راهی پیدا کنم که تک قطبی ها و دوقطبی های مغناطیسی را با تک قطبی های الکتریکی مرتبط کنم. من نتایج آنها را متوجه نمیشم خوب اما خوشبختانه، یک تناظر واقعا شگفت انگیز یک به یک بین مغناطیس و الکتریسیته وجود دارد.
تک قطبی در مغناطیس مشابه بار در الکترواستاتیک/الکتریسیته است. همانطور که ما دو نوع شارژ داریم (+ve & -ve)، دو نوع تک قطبی (شمال و جنوب) داریم. قطب مغناطیسی شمال به عنوان قطب مثبت و قطب مغناطیسی جنوب به عنوان قطب منفی شناخته می شود.
ما به اندازه / بزرگی بار به عنوان خود بار اشاره می کنیم، اما برای یک تک قطبی، به اندازه / قدر آن به عنوان قدرت قطب اشاره می کنیم.
بار الکتریکی با حرف 'q' و قدرت قطب یک قطب مغناطیسی با حرف 'm' نشان داده می شود.بارهای الکتریکی میدان های الکتریکی تولید می کنند. آنالوگ مغناطیس استاتیک میدان مغناطیسی است.
ما از خطوط میدان الکتریکی برای نمایش بصری میدان الکتریکی استفاده می کنیم. طبق قرارداد، خطوط میدان الکتریکی از یک بار مثبت شروع می شوند و با بار منفی خاتمه می یابند. در مورد قطب های مغناطیسی نیز چنین است. خطوط میدان مغناطیسی از قطب شمال (قطب +ve) سرچشمه می گیرند و به قطب جنوب (قطب ve) ختم می شوند.
قدرت میدان مغناطیسی تولید شده توسط یک تک قطبی به دست می آید
$\vec{B} = (\frac{\mu_o}{4\pi})\frac{m}{r^3}\vec{r}$
احتمالاً متوجه شده اید که معادله با قانون کولن یکسان است، به جز این واقعیت که ما به جای بار، قدرت قطب های مغناطیسی داریم.
وقتی سعی می کنیم با برش آهنربای میله ای دقیقاً در وسط یک تک قطبی بسازیم، در نهایت دو آهنربای میله ای جدید ایجاد می کنیم که هر آهنربا دارای قطب شمال و جنوب است.
خوب، ممکن است بپرسید اگر تک قطبی وجود نداشته باشد، چگونه می توانم از رفتار تک قطبی ها مطلع شوم. هر چه در پست قبلی ام دربالا گفتم فقط یک فرضیه است و این فرضیه با واقعیت همخوانی دارد.
وقتی دو قطب مغناطیسی با قدرت قطب یکسان در نزدیکی یکدیگر قرار می گیرند، آن را دوقطبی می نامیم. آهنربای میله ای نمونه ای از دوقطبی است.
ما یک گشتاور دوقطبی الکتریکی معادل در مغناطیس استاتیک داریم. ما آن را ممان دوقطبی مغناطیسی می نامیم (معمولاً با $\vec{M}$نشان داده می شود).
$M = md$
که در آن d فاصله بین دو قطب و m قدرت قطب قطب است. جهت حرکت دوقطبی مغناطیسی از قطب منفی به قطب مثبت است (در مورد دوقطبی الکتریکی، از بار منفی به بار مثبت است).
میدان در امتداد محور دوقطبی مغناطیسی توسط:$B = 2(\frac{\mu_o}{4\pi})\frac{M}{r^3}$
و میدان در امتداد خط استوایی دوقطبی با داده می شود
$B = (\frac{\mu_o}{4\pi})\frac{M}{r^3}$
اگر کتاب درسی خود را باز کنید و به دنبال فرمول های الکترواستاتیک دوقطبی باشید، متوجه خواهید شد که فرمول ها کاملاً مطابقت دارند. اون چیزی که تو دبیرستان و دانشگاه میخونیمقانون مغناطیسی گوس، میگوید که چیزی بنام تک قطب مغناطیسی وجود ندارد. حالا وارد جزئیات ازمایشات و دیراک، وجود تک قطبی مغناطیسی را پیش گویی کرد تک قطبی مغناطیسی، ذره‌ای شبیه به الکترون است، با این تفاوت که بار مغناطیسی آن بسیار بیشتر از بار الکتریکی است خوب منم شنیدم که گروه تحقیقاتی آشکارسازی تک قطبی های یانگ در گاز کوانتومی، (اسپین کوانتومی) را با استفاده از امواج رادیویی و مایکروویو دستکاری کردند که بحث سنگینی و خارج ار بحث هست چون واقعا من چیزی متوجه نمیشم اما به همان فرمولهای خودم بسنده میکنم
فرمول های داده شده در بالا را می توان از فرضیه تک قطبی مغناطیسی نیز استخراج کرد.
شباهت ها به اینجا ختم نمی شود.
گشتاور روی یک دوقطبی الکتریکی در یک میدان الکتریکی یکنواخت خارجی با استفاده از
$\tau = \vec{p}\times\vec{E}$
گشتاور روی یک دوقطبی مغناطیسی در یک میدان مغناطیسی یکنواخت خارجی با استفاده از
$\tau = \vec{M}\times\vec{B}$
اگر منطبقات دقیق تری پیدا کنید، نباید تعجب کنید. تک قطبی مغناطیسی درست مانند بار الکتریکی رفتار می کند و فرمول ها یکسان هستند. مشتقات دوقطبی های مغناطیسی با مشتقات دوقطبی های الکتریکی یکسان است، بنابراین شما باید با همان فرمول ها پایان دهید.یک جریان الکتریکی در گردش مانند یک دوقطبی مغناطیسی رفتار می کند.اگر فرمول بزرگی میدان مغناطیسی را در امتداد محور سیم پیچ دایره ای بدست آورید، باید چیزی شبیه به زیر بدست آورید:
$B = \frac{\mu_o NiR^2}{2(R^2 + x^2)^{\frac{3}{2}}}$
که در آن N تعداد دور سیم پیچ، i جریان عبوری از سیم، R شعاع سیم پیچ و x فاصله در امتداد محور سیم پیچ است.
اگر از تقریب x>>R استفاده کنیم، دریافت می کنیم
$B = \frac{\mu_oNiR^2}{2x^3}$
با تنظیم مجدد بیشتر، دریافت می کنیم
$B = 2(\frac{\mu_o}{4\pi})\frac{(iN\pi R^2)}{x^3}$
اگر با دقت نگاه کنید، متوجه خواهید شد که فرمول بسیار شبیه فرمولی است که قدرت میدان را در امتداد محور یک دوقطبی مغناطیسی نشان می دهد.
می توانیم گشتاور دوقطبی مغناطیسی را به صورت تعریف کنیم
$M = iN(\pi R^2)$
جهت گشتاور مغناطیسی جهت میدان مغناطیسی در مرکز سیم پیچ است.
اکنون فرمول تقریباً مشابه فرمولی است که قبلاً برای قدرت میدان در امتداد محور یک دوقطبی مغناطیسی ارائه شد.
به طور کلی، گشتاور مغناطیسی برای هر مدار حلقه بسته را می توان به صورت تعریف کرد
$\vec{M} = iN\vec{A}$
که در آن$\vec{A}$ بردار نرمال واحد برای حلقه است.
همچنین نقش آنها در قانون گاوس برای مغناطیس چیست (شار مغناطیسی خالص در یک سطح بسته صفر است)؟
من خواندم که دوقطبی های مغناطیسی برای معنای این قانون ضروری هستند. چرا؟
اگر تک قطبی های مغناطیسی وجود داشت، پس چرا قانون معتبر نبود؟
در نهایت، چرا می گوییم میدان مغناطیسی بی واگرا است؟
یکی از پیامدهای عدم وجود تک قطبی این است که خطوط میدان مغناطیسی همیشه بسته هستند. در نظر بگیریدI hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth semester of aerospace engineering
رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا
