Stellen Sie sich vor, wir haben einen Magneten (rote Seite ist der Nordpol, blaue Seite ist der Südpol) und stellen Sie sich zwei Möglichkeiten vor, ihn zu teilen.
Der erste Weg:
Wenn wir es teilen, indem wir den Nordpol vom Südpol trennen, sehen wir, dass die beiden Teile selbst Dipolmagnete sind. Die beiden gebrochenen Enden sind entgegengesetzte Pole und ziehen sich gegenseitig an.
Der zweite Weg:
Wenn wir es entlang der beiden Pole teilen, stoßen sich die beiden resultierenden Magnetteile gegenseitig ab.
Beachten Sie, dass die Farben nur Darstellungen der Pole des Magneten sind, und wenn sich die Farben ändern, stellen sie keine Änderung in den Teilen des Magneten selbst dar.
Meine Frage: Wenn es im Magneten eine abstoßende Kraft gibt, die den Magneten horizontal auseinander drückt (in meinem Bild), was hält ihn dann zusammen?
Mir scheint, dass sich die Stabilität des Magneten nicht allein mit elektromagnetischen Kräften erklären lässt, aber das scheint nicht ganz richtig zu sein. Was hält die Domänen des Magneten zusammen? Und was hält die Atome auf atomarer Ebene zusammen?
Die chemischen Bindungen des Materials halten es zusammen.
Wenn die Magnete, an die Sie denken, aus Metall bestehen, dann ist die chemische Bindung die metallische Bindung , die ziemlich stark ist. Sie können ein Gefühl dafür bekommen, wie stark es ist, wenn Sie versuchen, eine Metallstange in zwei Teile zu reißen. Wenn Sie nicht besonders stark sind, werden Sie es wahrscheinlich nicht schaffen – aber Sie können wahrscheinlich zum Beispiel einen Stabmagneten von einer Kühlschranktür ziehen. Die Kraft der metallischen Bindung ist viel größer als die Magnetkraft.
Ironischerweise ist die Quelle der metallischen Bindung auch die elektromagnetische Kraft. Bei typischen Werten ist die elektrische Kraft viel größer als die magnetische Kraft. Ein Gefühl dafür bekommt man, wenn man die Kraft zwischen zwei geladenen Kugeln untersucht . Wenn die beiden Kugeln durch ein Vakuum getrennt sind und einen Abstand von haben , die Kraft zwischen ihnen ist ungefähr . Wenn sich in der Zwischenzeit eine der Kugeln mit einer Geschwindigkeit von bewegt im Erdmagnetfeld ist die magnetische Kraft, die es erfährt, ungefähr .
Diese große Diskrepanz hält den Magneten (und die Atome) zusammen.
Magnete werden wie alle Festkörper zusammengehalten: chemische Bindungen zwischen den Teilchen, aus denen der Magnet besteht, die letztendlich auf Elektromagnetismus zurückzuführen sind.
Nehmen Sie zwei Kühlschrankmagnete, die sich gegenseitig anziehen, kleben Sie sie zusammen und ziehen Sie sie auseinander. Nehmen Sie dann ein gewöhnliches Stück Metall und ziehen Sie mit etwa der gleichen Kraft an seinen Enden. Dadurch entsteht in etwa die gleiche Zugspannung, der ein Kühlschrankmagnet ständig ausgesetzt ist. Sind Sie überrascht, dass das Metall in Ihren Händen nicht auseinanderfällt?
Es gibt viele gemeinsame Objekte, zum Beispiel
https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetar
wo das "Selbst"-Magnetfeld so stark ist, dass es leicht Objekte, Moleküle, Atome und sogar Photonen auseinanderreißt.
Solche Dinge sind der gemeinsame Zustand des Universums.
Unter wirklich seltenen, ungewöhnlichen Bedingungen (z. B. Ihren Kühlschrankmagneten auf der Erde) passiert es nicht.
Diese typischen Erdmagneten sind weniger stark als andere gewöhnliche Objekte im Universum und zeigen daher nicht das vom OP beschriebene Verhalten.
Heute wissen wir alle, dass auf der niedrigsten bekannten Ebene, den Quarks, die die Nukleonen aufbauen, diese durch die starke Kraft zusammengehalten werden, und sie ist viel stärker als jede andere Kraft in dieser Entfernung, deshalb existieren Quarks in Confinement, in unserem Universum (außer vielleicht in Schwarzen Löchern). Jetzt werden die Nukleonen durch die verbleibende starke Kraft (Kernkraft) zusammengehalten, die immer noch viel stärker ist als jede andere Kraft auf dieser Skala.
Die Elektronen und die Kerne werden durch die EM-Kraft (die statischen elektrischen Felder der Ladungen) zusammengehalten, die in Ihrem Fall noch viel stärker ist als das statische Magnetfeld der Magnete.
Jetzt werden die Atome im Inneren des Magneten durch etwas zusammengehalten, das wir kovalente Bindungen nennen, und dies ist entgegen der landläufigen Meinung ein QM-Phänomen. Diese kovalenten Bindungen sind auf eine bestimmte gemeinsame Nutzung von Elektronenorbitalen zurückzuführen, und ihre Wirkung besteht darin, dass die kovalente Bindung in Ihrem Fall viel stärker ist als die statischen Magnetfelder der Stabmagnete.
Sie fragen, was die Domänen der Magnete zusammenhält, und die Antwort ist diese kovalente Bindung.
Wie Sie bereits angedeutet haben, müssen physikalische Einheiten berücksichtigt werden. Wenn man in SI-Einheiten arbeitet, beträgt das Verhältnis der elektrischen Feldstärke zur magnetischen Feldstärke bei EM-Strahlung 299 792 458 m/s, die Lichtgeschwindigkeit c.
Warum sind magnetische Felder so viel schwächer als elektrische?
Kovalente Bindungen sind eindeutig auf die elektromagnetische Wechselwirkung zurückzuführen. Die elektrostatische Wechselwirkung ist nur eine Annäherung, bei der die Dynamik des (quanten-)elektromagnetischen Feldes vernachlässigt wird, und manchmal ist diese Annäherung gut genug.
Kovalente Bindungen sind EM (Elektrostatik/Elektronegativität) oder nicht?
Die Antwort auf Ihre Frage lautet also, dass die kovalente Bindung (der Partikel) viel stärker ist als die Stärke des statischen Magnetfelds Ihrer Stabmagnete, und das hält die Domänen der Magnete zusammen.
Solomon Langsam