Wie werden Magnete zusammengehalten und warum explodieren sie nicht?

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:

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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:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

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?

Diese Frage muss nicht mit [Elektromagnetismus] oder [Magnetfeldern] markiert werden. Wie wird etwas zusammengehalten? Permanentmagnete explodieren nicht, weil sie feste Gegenstände sind. Ihre Frage läuft darauf hinaus, zu fragen, warum "feste" Objekte fest sind.

Antworten (4)

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 1   C . Wenn die beiden Kugeln durch ein Vakuum getrennt sind und einen Abstand von haben 1   M , die Kraft zwischen ihnen ist ungefähr 9 × 10 9   N . Wenn sich in der Zwischenzeit eine der Kugeln mit einer Geschwindigkeit von bewegt 1   M / S im Erdmagnetfeld ist die magnetische Kraft, die es erfährt, ungefähr 3.2 × 10 5   N .

Diese große Diskrepanz hält den Magneten (und die Atome) zusammen.

Um es ganz klar zu sagen: Wäre es richtig zu sagen, dass die metallische Bindung auf das elektrische Feld (von den Molekülen) zurückzuführen ist?
@MaximalIdeal ja. Aus Wiki: "Metallische Bindung ist eine Art chemische Bindung, die sich aus der elektrostatischen Anziehungskraft zwischen Leitungselektronen (in Form einer Elektronenwolke delokalisierter Elektronen) und positiv geladenen Metallionen ergibt."
Hallo zusammen, diese interessante Frage hat mir eine zusätzliche Frage aufgeworfen: Wenn Sie sich die erste Abbildung ansehen, in der der Magnet in zwei Hälften geteilt ist, wie ist es möglich, dass ein Nordteil des gesamten Magneten zu einem Südteil wird und ein Südteil davon der ganze Magnet wird nach Norden?
@Kinka-Byo Technisch gesehen ändert oder wird es nichts, es scheint nur so. Wenn Sie die beiden Teile neu kombinieren (was sie im ersten Bild tun möchten), erhalten Sie denselben Magneten zurück, mit dem Sie begonnen haben, sodass sich zeigt, dass sich in Bezug auf die Pole tatsächlich nichts ändert. Um das jetzt näher zu erläutern...
@Kinka-Byo ... der Magnet besteht tatsächlich aus vielen kleinen Dipolen und das Magnetfeld des Magneten ist eigentlich die Summe der Felder dieser winzigen Dipole. Dieses Video sagt, dass es letztendlich darauf ankommt, dass die Elektronen ein Dipolfeld abgeben (sie sind elektrische Monopole, aber magnetische Dipole). (Allure kann dies auch beantworten, wenn er/sie möchte.)
@Kinka-Byo Die Pole "Nord" und "Süd" sind nicht wirklich da. Das sind nur Möglichkeiten, die beiden Seiten des Magneten zu unterscheiden: eine, wo Feldlinien austreten, und eine, wo Feldlinien in den Magneten eintreten. Wenn Sie den Magneten wie in der ersten Abbildung zerbrechen, gilt dies immer noch.
Um Aarons Kommentar hinzuzufügen: Nördlich und südlich eines Magneten sind eher Richtungen als Orte.
Und wenn Sie den Längsschnitt machen, den @MaximalIdeal in der Frage zeigt, würden sich die beiden Hälften tatsächlich abstoßen und auseinander fliegen. (Eigentlich würden sie sich eher so drehen, dass der Nordpol eines Halbmagneten mit dem Südpol des anderen übereinstimmt.)
@CarlF Oder vertikal gleiten, wenn Sie Gyroskope an sie geklebt haben, um zu verhindern, dass sie sich drehen.

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?

Das OP ist völlig richtig .

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.

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Diese typischen Erdmagneten sind weniger stark als andere gewöhnliche Objekte im Universum und zeigen daher nicht das vom OP beschriebene Verhalten.

Andererseits ist das typische nicht-magnetische Objekt im Universum auch nicht fest
Vielleicht ist ein besseres Beispiel die Technik, die in hochfeste Elektromagnete einfließt. Siehe zum Beispiel www2.lbl.gov/Science-Articles/Archive/14-tesla-magnet.html – es gibt mehrere Absätze darüber, was sie tun mussten, damit Niob-Zinn-Drähte den erwarteten Belastungen standhalten.
faszinierend, @zwol und wie Sie sagen, scheint die Frage von OP genau zu beantworten. sollte vielleicht mal antworten?!
@Fattie Ich glaube nicht, dass ich dem gerecht werden könnte; alles, was ich zu dem Thema weiß, ist bereits in dem von mir verlinkten Artikel enthalten.

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.