Warum gibt es Lücken zwischen zwei Reihen von Eisenspänen in einem Magnetfeld?

Das von einem Stabmagneten ausgehende Magnetfeld nimmt bei einer Entfernung vom Stabmagneten kontinuierlich ab. Es hat keine "Linien" mit stärkerer Feldstärke. Die sich bildenden Linien sind eine Folge der von den Eisenfüllungen selbst erzeugten Magnetfelder.

Ein Eisenteilchen besitzt ein magnetisches Moment, das sich mit dem Magnetfeld des Stabmagneten ausrichtet. Das magnetische Moment des Teilchens erzeugt auch ein Magnetfeld um es herum (genau wie der Stabmagnet). Nun sind zwei Faktoren dieses Feldes wichtig für die Erklärung der Linien:

1. Das vom Partikel erzeugte Magnetfeld hat eine entgegengesetzte Richtung in Bezug auf das Feld des Stabmagneten (an den Seiten des Eisenpartikels). Daher wird in dem Bereich neben dem Teilchen das Nettofeld reduziert.
2. Das vom Teilchen erzeugte Feld (Nahfeld) klingt schneller ab als das Feld des Stabmagneten (Fernfeld). Daher ist nach einiger Entfernung die Reduzierung des Nettofeldes durch die Partikel vernachlässigbar.

Diese beiden Argumente zusammen erklären die Eisenpartikellinien. Wenn weitere Partikel hinzugefügt werden, werden sie sich nicht in den Bereich neben den bereits vorhandenen Partikeln einnisten, weil dort das Feld schwächer ist. Stattdessen werden sie sich etwas weiter (in einer neuen Zeile) verschachteln, wo der Einfluss des Feldes der Eisenteilchen vernachlässigbar ist. Als Ergebnis werden Eisenpartikellinien gebildet.

Die Selbstinteraktion der Eisenspäne ist eine gültige Erklärung, aber die Lücken sind da, aber nicht in der Größenordnung, die Sie vielleicht denken. Die Quantenelektrodynamik und ihre daraus resultierenden makroskopischen klassischen elektromagnetischen Phänomene sind diskrete Naturphänomene, und der Vakuum-Leerraum ist Teil der Gleichung. Daher können kohärente Verzerrungen im Quantenfeld nicht kontinuierlich sein. Es mag auf der makroskopischen klassischen Skala so aussehen, ist es aber nicht. Sogar der Wasserfluss in einem Fluss besteht auf mikroskopischer Ebene aus kohärenten Strömen von Wasserstoff- und Sauerstoffatomen, die durch einen Vakuumraum zwischen ihnen innerhalb des Wassermoleküls getrennt sind, und Moleküle in einem Strom sind auch durch Vakuumlücken getrennt (d.h. denken Sie daran, dass in jedem Materie auf atomarer und subatomarer Größenskala gibt es kein Medium zwischen zwei Atomen, sondern nur Vakuumraum).

Elektromagnetischer Fluss sind kohärente Ströme virtueller Photonen, die mit Elektronen verbunden sind, und zwischen ihnen ist immer ein leerer Raum, zumindest auf der Plank-Längenskala . Daher ist die physikalische Beschreibung eines Magnetfelds und seines magnetischen Flusses, der aus einer auf der makroskopischen Ebene scheinbar "unzähligen", aber immer noch endlichen Anzahl kohärenter Stromlinien dieser virtuellen Photonen, Träger der EM-Kraft, besteht, gültig und tatsächlich wahr.

Untersuchen Sie daher das isolierte H-Feld eines Permanentmagneten, der sich in einer Vakuumumgebung befindet, unter der Annahme, dass keine Eisenspäne oder andere magnetische Materie außer dem Permanentmagneten vorhanden sind, die Vakuumlücken zwischen den verschiedenen diskreten Flussströmen (dh Energiefluss) sind physikalisch vorhanden, aber so klein, dass wir auf der makroskopischen klassischen Skala den magnetischen Fluss als kontinuierliches Feld beobachten.

Die Quantenwelt besteht hauptsächlich aus leeren Vakuumlücken und ist elementar diskret und das gilt auch für den magnetischen Fluss eines Magnetfeldes. Die einzige physikalische Einheit, die heute nicht als diskretes Phänomen aufgelöst wird, ist der Vakuumraum selbst und wird von der Allgemeinen Relativitätstheorie als umstritten angesehen. Die Quantisierung des Weltraumnachweises ist eines der Hauptziele der modernen Quantengravitationstheorie.

Eine effektive, aber nicht wirkliche Methode zur Darstellung der magnetischen Feldstärke mit magnetischen Flusslinien ist die Verwendung von Maxwell-Einheiten, also der Anzahl der Linien pro cm^2, anstelle von Tesla-Einheiten. Für diese Einheiten wird eine Feldstärke von 100 μΤ mit einer Linie dargestellt, die vertikal eine Fläche von 1 cm² durchdringt. Diese Darstellung ist jedoch symbolisch und nicht die tatsächliche physikalische Anzahl von Linien, die uns makroskopisch und praktisch als "unzählig" erscheinen würde, ist jedoch eine endliche Zahl.

Um zum Beispiel ein Gefühl zu bekommen:

Dieser Rechner übersetzt Tesla-Einheiten in Maxwell (Zeilen/cm^2). Demnach entsprechen 100 μΤ einer Linie pro Quadratzentimeter, also 0,5 cm Abstand von jeder Seite.

Eine schnelle Berechnung zeigt a$1T$Feld hat 10.000 Linien/cm^2, was einem Trennungsabstand zwischen den Linien von 500 nm entspricht (dh es gibt eine Linie in regelmäßigen Abständen von 500 nm im Raum) für ein homogenes Magnetfeld, vorausgesetzt, dass auch die Flusslinien unendlich dünn sind.

Auch dies ist nur eine Darstellung einer gegebenen Feldstärke anhand der Anzahl von Linien, und die Anzahl der Linien pro Feldstärke, die von diesem Gerät verwendet wird, kann nicht wörtlich genommen werden. Die diskreten magnetischen Flusslinien, Ströme virtueller Photonen, die das Feld bilden, sind physisch vorhanden, aber in einer endlichen Anzahl viel viel größer als durch diese Einheit repräsentiert.