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¿Por qué los imanes atraen o repelen los objetos, si el campo magnético solo cambia la dirección de las partículas?

Si tenemos una bola de hierro en reposo y la colocamos cerca de un imán, se moverá y acelerará. Comprendo que el campo magnético es un efecto relativista del campo eléctrico, y si considero que el campo magnético es solo eléctrico, estaría bien. Pero ¿qué pasa con la física clásica? ¿Cómo lo explica?

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Bob Jacobsen Puntos 256

En primer lugar, la relatividad no es necesario para entender macroscópicas de los efectos magnéticos tales como la atracción de grandes objetos magnéticos. Que fue explicado y comprendido antes de que el trabajo de Einstein; la explicación culminó en las ecuaciones de Maxwell, pero la magneto-partes estáticas eran bien comprendidos anteriormente en el siglo 19. La relatividad cambió nada de eso (que era la mecánica que tenía problemas, no E&M)

Es cierto que no estaba de acuerdo en una microscópica explicación de por qué a granel de hierro sería "magnetizar", pero el efecto fue bien entendida en términos de comportamiento: tanto el de matemáticas y el material específico de datos eran de uso común para la ingeniería en la década de 1880.

El malentendido viene de una declaración en la que voy de vez en cuando veo en los libros de texto ahora, generalmente a la derecha después de que la fuerza de Lorentz ($\vec{F} = q \vec{v} \times \vec{B}$) se presentó: "Porque $\vec{F}$ es siempre perpendicular a $\vec{v}$, la fuerza de Lorentz que no puede hacer ningún trabajo". Eso es cierto para el caso simple de un individuo de electrones en movimiento (lentamente) en un completamente estática campo magnético, pero es engañoso para el macroscópico caso: está lejos de la situación de dos a granel imanes atraer el uno al otro.

La fuerza entre dos imanes implica una gran cantidad de electrones en diferentes lugares, no sólo uno. La combinación de las fuerzas de Lorentz sobre los resultados en una fuerza neta sobre el imán que puede hacer el trabajo. La tradicional diagrama para que es: enter image description here

Para decirlo de otra manera, si los electrones se mueven sólo en virtud de una fuerza de Lorentz, no se hace el trabajo. Pero si ellos también están sujetos a fuerzas mecánicas que se mueven ellos, luego de que el movimiento puede tener una componente a lo largo de la fuerza de Lorentz, y se puede hacer el trabajo.

Pero usted no necesita saber de electrones para entender esto. Un siglo 19 un ingeniero o científico natural ("físico", no era de uso común hasta muy tarde) comprendan la atracción en un par de formas:

  • Hay más energía en el campo magnético(s) de dos imanes orientados N-S cuando están más lejos que cuando están más cerca juntos: hay una fuerza mecánica que se convierte que la diferencia en el trabajo como los imanes se mueven

  • Un dipolo magnético en un no-campo magnético uniforme se siente una fuerza. Cada bit de la bola de hierro es un pedacito de imán con su propio dipolo. Sumemos todo, en el ámbito local, para obtener toda la fuerza.

Pre-relatividad E&M trabajado con las corrientes y los campos ($\vec{E}$) y ($\vec{B}$) que, dentro de la macroscópico de dominio, funcionó bastante bien. Ellos no saben realmente sobre el electrón (1897) o el protón/núcleo(1911), y mucho menos de la relatividad especial (1907), pero no eran capaces de explicar y usar el magnetismo bastante bien: El transformador se remonta a 1830, por ejemplo.

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Jasper Puntos 148

¿Cómo [la física clásica] explicar [magnetismo]?

No se puede: Bohr–van Leeuwen teorema.

Hay, sin embargo, un modelo que se utiliza en las escuelas de secundaria en Alemania (y tal vez en todas partes?):

  1. Imanes contienen muchas pequeñas "primarias magnet" que están todos alineados en la misma dirección.
  2. El hierro también contiene primaria imanes con alineaciones al azar, la cancelación de unos a otros.
  3. En un campo magnético externo, de la escuela primaria, los imanes de hierro se alinean y el punto de su "souths" externo "del norte". Un (temporal) imán de las formas y el habitual "los opuestos se atraen" la ley se aplica.

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pglpm Puntos 296

Yo no diría que el campo magnético es un efecto relativista del campo eléctrico. Más bien, lo que para un relativista observador es puramente campo eléctrico, para otro observador puede ser una combinación de campos eléctricos y magnéticos. Ningún observador privilegiado, así que no podemos decir que lo que se observa por uno es un "efecto" de lo que se observa por otro.

Usted probablemente sabe que un campo magnético ejerce una fuerza sobre una carga en movimiento o una corriente. La fuerza es perpendicular al campo y a la actual o de la velocidad. Los materiales que son atraídos por los imanes han cerrado los bucles de corriente. Si usted piensa acerca de la acción de un campo magnético en un bucle verás que las fuerzas hacer el loop rotar (un par) hasta el plano del bucle es perpendicular al campo magnético. En este punto, la fuerza magnética intenta tira el bucle aparte, en el plano del bucle.

Si el campo magnético es constante en el espacio de estas tirando fuerzas son iguales en magnitud y opuestas en pares, por lo que el bucle no se mueve. Pero el campo magnético de un imán no es constante en el espacio: es más débil cuanto más lejos estamos del imán. La fuerza en la parte del bucle más cerca del imán es, por tanto, ligeramente más fuerte que el que está en el lado opuesto, y se "gana": hay una fuerza neta tirando del lazo hacia el imán. (Este fenómeno tiene similitudes con las fuerzas de marea.) La bola de hierro se tira hacia el imán por la suma de todos estos neto de las fuerzas ejercidas sobre cada uno de los "lazos de corriente" dentro de ella.

La explicación anterior es muy impreciso, es sólo la intención de dar una imagen aproximada. También puede comprobar, por ejemplo, los artículos de Wikipedia sobre los imanes y en momentos magnéticos, especialmente la parte de la fuerza entre los dipolos magnéticos, usted encontrará una explicación más profunda y más referencias que usted puede explorar. Por favor, ver Bob Jacobsen la respuesta con su perspicaz histórico comentarios.

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