Was meinen wir mit magnetischem Monopol und Dipol?

Was meinen wir mit magnetischem Monopol und Dipol? Ich kann keine Möglichkeit finden, magnetische Monopole und Dipole mit elektrischen in Beziehung zu setzen. Ich verstehe ihre Ergebnisse nicht.

Glücklicherweise gibt es eine wirklich erstaunliche Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen Magnetismus und Elektrizität.

Der Monopol im Magnetismus ist analog zur Ladung in der Elektrostatik/Elektrizität. Genauso wie wir zwei Arten von Ladungen haben (+ve & -ve), haben wir zwei Arten von Monopolen (Nord & Süd). Der magnetische Nordpol wird auch als Pluspol und der magnetische Südpol als Minuspol bezeichnet.

Wir beziehen uns auf die Größe/Größe der Ladung als Ladung selbst, aber für einen Monopol bezeichnen wir seine Größe/Größe als Polstärke.

Elektrische Ladung wird mit dem Buchstaben „q“ bezeichnet, die Polstärke eines Magnetpols mit dem Buchstaben „m“.

Elektrische Ladungen erzeugen elektrische Felder. Das Analogon der Magnetostatik ist das Magnetfeld.

Wir verwenden elektrische Feldlinien, um das elektrische Feld visuell darzustellen. Konventionell beginnen elektrische Feldlinien bei einer positiven Ladung und enden bei einer negativen Ladung. So ist es auch bei Magnetpolen. Magnetfeldlinien gehen vom Nordpol (+ve-Pol) aus und enden am Südpol (-ve-Pol).

Die Stärke des von einem Monopol erzeugten Magnetfeldes ist gegeben durch

Sie haben wahrscheinlich bemerkt, dass die Gleichung mit dem Coulombschen Gesetz identisch ist, außer dass wir magnetische Polstärken anstelle der Ladungsgröße haben.

Ab 2016 sind wir uns nicht sicher, ob magnetische Monopole existieren (wir haben noch keinen gefunden). Wenn wir versuchen, einen Monopol herzustellen, indem wir einen Stabmagneten genau in der Mitte durchschneiden, erzeugen wir am Ende zwei neue Stabmagnete, bei denen jeder Magnet sowohl einen Nord- als auch einen Südpol hat.

Nun, Sie fragen sich vielleicht, woher ich etwas über das Verhalten von Monopolen weiß, wenn es keine Monopole gibt. Was ich oben gesagt habe, ist nur eine Hypothese, und die Hypothese stimmt mit der Realität überein.

Wenn zwei Magnetpole gleicher Polstärke nahe beieinander gehalten werden, spricht man von einem Dipol. Ein Stabmagnet ist ein Beispiel für einen Dipol.

Wir haben ein elektrisches Dipolmoment-Äquivalent in der Magnetostatik. Wir nennen es magnetisches Dipolmoment (normalerweise dargestellt durch '$\vec{M}$').

wobei d der Abstand zwischen den beiden Polen und m die Polstärke der Pole ist. Die Richtung des magnetischen Dipolimpulses geht vom Minuspol zum Pluspol (im Fall eines elektrischen Dipols von der negativen Ladung zur positiven Ladung).

Das Feld entlang der Achse des magnetischen Dipols ist gegeben durch

und das Feld entlang der Äquatorlinie des Dipols ist gegeben durch

Wenn Sie Ihr Lehrbuch öffnen und nach den Formeln des Elektrostatik-Analogons des Dipols suchen, werden Sie feststellen, dass die Formeln perfekt übereinstimmen.

Die oben angegebenen Formeln lassen sich auch aus der magnetischen Monopolhypothese ableiten.

Die Ähnlichkeiten enden hier nicht.

Das Drehmoment auf einen elektrischen Dipol in einem äußeren gleichförmigen elektrischen Feld ist gegeben durch

Das Drehmoment auf einen magnetischen Dipol in einem äußeren gleichförmigen Magnetfeld ist gegeben durch

Sie sollten nicht überrascht sein, wenn Sie genauere Übereinstimmungen finden. Der magnetische Monopol verhält sich wie eine elektrische Ladung und die Formeln sind identisch. Die Ableitungen für magnetische Dipole sind identisch mit Ableitungen für die elektrischen Dipole, sodass Sie am Ende dieselben Formeln erhalten sollten.

Ein zirkulierender elektrischer Strom verhält sich wie ein magnetischer Dipol.

Wenn Sie die Formel für die Größe des Magnetfelds entlang der Achse der kreisförmigen Spule herleiten, sollten Sie etwas Ähnliches wie das Folgende erhalten:

Wo$N$ist die Anzahl der Windungen in der Spule,$i$ist der Strom, der durch den Draht fließt,$R$ist der Radius der Spule und$x$ist der Abstand entlang der Achse der Spule.

Wenn wir die Näherung verwenden$x>>R$, wir bekommen,

Wenn wir weiter umstellen, erhalten wir

Wenn Sie genau hinschauen, werden Sie feststellen, dass die Formel der Formel sehr ähnlich sieht, die die Feldstärke entlang der Achse eines magnetischen Dipols angibt.

Wir können das magnetische Dipolmoment definieren als

Die Richtung des magnetischen Moments ist die Richtung des Magnetfelds im Zentrum der Spule.

Jetzt sieht die Formel ziemlich identisch mit der zuvor angegebenen Formel für die Feldstärke entlang der Achse eines magnetischen Dipols aus.

Im Allgemeinen kann das magnetische Moment für jeden geschlossenen Kreis definiert werden als

Wo$\vec{A}$ist der Einheitsnormalenvektor für die Schleife.

2. Welche Rolle spielen sie auch im Gaußschen Gesetz für Magnetismus (der magnetische Nettofluss durch eine geschlossene Oberfläche ist Null)?

3. Ich habe gelesen, dass die magnetischen Dipole für die Bedeutung dieses Gesetzes wesentlich sind. Warum?

4. Wenn es magnetische Monopole gäbe, warum wäre das Gesetz dann nicht gültig?

5. Warum sagen wir schließlich, dass das Magnetfeld divergent ist?

Eine der Folgen nicht vorhandener Monopole ist, dass magnetische Feldlinien immer geschlossen sind. Betrachten Sie jeden Dipol, eine Feldlinie, die vom Nordpol ausgeht, muss wieder am Südpol enden.

Die Anzahl der Feldlinien, die die Oberfläche verlassen, ist gleich der Anzahl der Feldlinien, die in die Oberfläche eintreten. Daher gibt es keinen Nettofluss, der in die Oberfläche eintritt oder sie verlässt.

Im Gaußschen Gesetz der Elektrostatik betrachten wir die Volumenladungsdichte oder die in der Gaußschen Fläche eingeschlossene Nettoladung. Dasselbe gilt für das Gaußsche Gesetz für Magnetismus.

da es niemals einen isolierten Monopol geben kann,$m_{enclosed}$ist immer null.

Wenn es Monopole gäbe, dann$m_{enclosed}$muss nicht null sein. Damit wäre das Gaußsche Gesetz ungültig.

Einige Physiker versuchen, einen magnetischen Monopol zu finden (etwas, das Dirac zu erklären versucht hat, denke ich). Wenn sie also tatsächlich einen finden, was bedeutet das?

Wenn wir jemals einen Monopol finden, würde dies bedeuten, dass das Gaußsche Gesetz für Magnetismus ungültig wäre. Wir werden das Gesetz ändern müssen, um Monopolen Rechnung zu tragen. (die geänderte Fassung des Gesetzes wurde in der Antwort auf Ihre vorherige Frage vorgestellt)

Die Entdeckung magnetischer Monopole würde die Existenz magnetischer Ströme implizieren. Wir hätten ein neues Kapitel in unseren Physiklehrbüchern. Möglicherweise entsteht ein neuer technischer Zweig (Magnetronik?).

Für einen klassischen Magneten (NS) wissen wir, dass wir Ladungen im Inneren haben, die sich in einer kreisförmigen Bewegung bewegen, und sie bilden zusammen das Magnetfeld des Magneten. Wie ändert sich dies also, wenn man einen magnetischen Monopol findet? Was bedeutet das für diese kleinen Strömungen?

Jedes Elektron hat zwei Arten von magnetischen Dipolmomenten, nämlich das magnetische Dipolmoment des Spins und das magnetische Dipolmoment der Umlaufbahn.

Es gibt mehrere Elektronen in einem Atom und die meisten Elektronen heben das magnetische Moment des anderen auf. Wenn sich alle Elektronen sauber aufheben, ist das gesamte magnetische Moment des Atoms Null. Die Substanzen, bei denen das gesamte magnetische Moment der konstituierenden Atome Null ist, werden als diamagnetische Substanzen bezeichnet.

Es gibt viele Substanzen mit ungepaarten Elektronen. Dies führt zu einem magnetischen Nettomoment für jedes Atom. Wenn sich diese Atome gemeinsam in die gleiche Richtung ausrichten. Diese Art von Ansammlung von Atomen wird als Domäne bezeichnet. Wenn sich Domänen ausrichten, um einer Substanz ein magnetisches Nettomoment zu verleihen, wird die Substanz als ferromagnetisch bezeichnet.

Die Entdeckung eines magnetischen Monopols sollte die bestehenden Theorien nicht beeinflussen. Es könnte uns jedoch zwingen, auf der grundlegenden Ebene weiter nachzuforschen.

Monopole: Entweder nur Nord- oder Südpol. Dipole: Sowohl Nord- als auch Südpol in gegenseitigem Einfluss

Die Magnetfeldlinien gehen vom Nordpol aus und enden am Südpol. Das Gaußsche Gesetz der Magnetostatik besagt, dass der gesamte magnetische Fluss von einer geschlossenen Oberfläche Null ist. Das heißt, die Anzahl der eingehenden Feldlinien ist gleich der Anzahl der ausgehenden Linien. Dh es sollten beide Pole gleicher Größe innerhalb der Oberfläche vorhanden sein. Wenn es Monopole gäbe, würden nur die Feldlinien gleichzeitig nach außen oder nach innen gehen, was eindeutig gegen das Gaußsche Gesetz verstoßen würde.

Das Magnetfeld in einem Magneten „entspringt nicht am Nordpol und endet am Südpol“. Tatsächlich bildet es geschlossene Schleifen, das Feld endet nicht am Südpol, es setzt sich innerhalb des Magneten fort, bis es wieder den Nordpol erreicht und eine geschlossene Schleife bildet. Das ist eher der Punkt; Magnetfeldlinien beginnen und enden nirgendwo, sie bilden immer geschlossene Schleifen.