Ich höre immer wieder, dass Magnetismus nur eine andere Form von Elektrizität ist und umgekehrt. Wenn das der Fall ist, warum können wir keine Magnete als Batterien verwenden, und warum sind meine Batterien nicht magnetisch?
Eine Möglichkeit, die Aussage „Elektrizität ist eine andere Form von Magnetismus“ (oder umgekehrt) zu interpretieren, ist die spezielle Relativitätstheorie. Wenn ich mir eine klassische stationäre elektrische Ladung anschaue, baut sie ein rein elektrisches Feld auf – das Coulomb-Feld, das für die Erzeugung der Phänomene der statischen Elektrizität verantwortlich ist. Betrachte ich aber nun diese gleiche elektrische Ladung, aber vom Standpunkt eines sich dazu bewegenden Bezugssystems aus, so sehe ich nun aus meiner neuen Sichtweise eine bewegte elektrische Ladung, also einen elektrischen Strom . Ein elektrischer Strom baut ein Magnetfeld auf (Amperesches Gesetz).
So finden wir dieselbe physikalische Quelle, die ein Feld erzeugt, das entweder wie ein magnetisches Feld oder wie ein elektrisches Feld aussieht, je nachdem, wie Sie es betrachten. Diese Transformation zwischen elektrischen und magnetischen Feldern wird perfekt durch die Lorentz-Transformationen der speziellen Relativitätstheorie beschrieben .
Um auf die Einzelheiten Ihrer Frage zurückzukommen, erzeugen Permanentmagnete ihr Magnetfeld durch zwei Hauptmechanismen - erstens gibt es die Orbitalbewegung von Elektronen um den Kern. Da die Elektronen geladen sind, entspricht dies einem elektrischen Strom und baut ein Magnetfeld auf. Zweitens gibt es den Spin der Elektronen selbst - dies erzeugt wiederum ein Magnetfeld (obwohl es verlockend ist, sich das Elektron als ein kleines rotierendes geladenes Objekt endlicher Größe vorzustellen, wäre dies falsch, da die richtige Beschreibung eine quantenmechanische ist ). Der Nettoeffekt besteht darin, dass sich die Atome wie winzige Magnete verhalten.
In ferromagnetischen Materialien hat die Bewegung die richtigen "kollektiven" Eigenschaften, so dass die Atome, die sich wie winzige Magnete verhalten, in der Lage sind, die Richtungen ihrer Magneten (in lokalen Einheiten, die als magnetische Domänen bezeichnet werden) auszurichten , um ein großes Magnetfeld bereitzustellen. Allerdings ist (1) die Orbitalbewegung der elektrischen Ladung in den Atomen zyklisch, und (2) der Spin des Elektrons bewegt die Ladung nicht von einem Ort zum anderen, während Sie für eine Batterie eine Bewegung von benötigen Ladung, die zu einer Trennung von positiver und negativer Ladung führt, an den Anschlüssen zur Verfügung zu stellen. Somit können Permanentmagnete nicht als Batterien fungieren.
Es gibt jedoch einen Haken: Sie können niemals ein reines Magnetfeld durch Bezugsrahmenwechsel aus einem reinen elektrischen Feld erhalten und umgekehrt, z
Mit anderen Worten, ausgehend von einem reinen elektrischen Feld erhält man nur ein gemischtes elektrisches und magnetisches Feld, aber niemals ein reines magnetisches Feld.
In diesem Sinne ist Magnetismus nicht nur eine andere Form von Elektrizität, obwohl sie eng miteinander verwandt sind.
Ich vermute, Sie wollen sagen: Sie hören, dass ELEKTRIZITÄT nur eine andere Form von Magnetismus ist.
Magnete WERDEN als Stromgeneratoren verwendet - der Generator in Ihrem Auto oder ein Wasserkraftwerk usw.
Aber sie sind verschiedene Formen elektromagnetischer Energie und werden durch die (Faraday-Maxwell)-Formel in Beziehung gesetzt: ∇×E=−∂B/∂t. Was im Grunde besagt: Das gewellte elektrische Feld hängt mit dem zeitveränderlichen Magnetfeld zusammen.
Sp Wenn Ihr Auto hochdreht, erzeugt es in Ihrem Generator / Ihrer Lichtmaschine ein Magnetfeld, aus dem ein elektrisches Feld erzeugt wird, das Ihre Batterie auflädt.
Batterien speichern ein statisches potentielles elektrisches Feld. Statisch, also gibt es keine Zeitvarianz, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Es ist in einer anderen Form. Batterien sind im Grunde die elektrische Form. Wohingegen die Bewegung von Magneten (-∂B/∂t) genutzt werden kann, um die Bewegungsenergie in die elektrische Form umzuwandeln.
Zusätzlich zu den anderen Antworten können Sie sich eine Vorstellung von der Beziehung zwischen elektrischem und magnetischem Feld machen, indem Sie sich einen Elektromotor und einen Generator als dasselbe vorstellen. Wenn Strom durch die Spulen des Motors geleitet wird, drehen sich die Magnete. Wenn Sie stattdessen die Magnete drehen, erzeugt dies einen Strom in den Spulen.
Elektrizität und Magnetismus sind zwei Formen desselben grundlegenden „Dings“ oder zwei Arten, dasselbe grundlegende „Ding“ wahrzunehmen. Strom, der durch einen Draht fließt, erzeugt ein Magnetfeld. Ein sich bewegendes Magnetfeld – wie in einem Generator – erzeugt Strom.
Die Tatsache, dass man einen Magneten nicht als Batterie verwenden kann oder umgekehrt, ist einer der Gründe, warum die Leute so lange brauchten, um den Zusammenhang herauszufinden. Aber ein wenig Nachdenken wird zeigen, dass dies kein Beweis dafür ist, dass die Theorie falsch ist. Papier wird aus Bäumen hergestellt. Ein Blatt Papier ist im Grunde dasselbe „Ding“ wie ein Baum. Aber man kann kein Haus bauen, indem man Papierblätter zusammenklebt, und man kann keinen Brief auf einen Baum schreiben. Dampf und Eis sind das gleiche grundlegende "Ding", aber erscheinen und wirken sehr unterschiedlich. Usw.
Manchmal kommen die größten Fortschritte in der Wissenschaft aus der Entdeckung, dass zwei Dinge, die unterschiedlich „aussehen“, wirklich dasselbe sind, oder unterschiedliche Formen oder Ansichten derselben Sache.
Ich habe ein hervorragendes Beispiel, das Ihrer Intuition helfen würde zu verstehen, warum Elektrizität und Magnetismus zwei Seiten derselben Medaille sind.
Angenommen, es gibt 2 Beobachter Und , und Beobachter ist am Boden und Beobachter ist ein Aufzug, der sich mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit bewegt . Es gibt einen unendlich langen Draht mit Strom darin. Nun, sagen wir, es gibt eine Ladung, die sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie kontinuierlich nach oben bewegt parallel zum Aufzug.
In Bezug auf den Beobachter , bewegt sich die Ladung und erfährt eine Lorentzkraft und wird aufgrund des vom Draht erzeugten Magnetfelds vom Draht angezogen. Aber in Bezug auf Beobachter , die Ladung ruht und das Magnetfeld (falls vorhanden) keine Kraft auf die Ladung ausüben kann.
Hier ist definitiv etwas faul !
Wir beschränken uns auf zwei Alternativen -
1) Entweder sind die Maxwell-Gleichungen rahmenabhängig, dh sie sind für verschiedene Bezugsrahmen unterschiedlich.
2) Oder die Maxwell-Gleichungen sind rahmenunabhängig, dh sie sind überall gleich.
Experimente legen nahe, dass der erste Fall nicht zutrifft, und daher nehmen die Maxwell-Gleichungen unabhängig vom gewählten Rahmen dieselbe Form an. Tatsächlich führte genau dieses Ergebnis zu der Schlussfolgerung, dass die Lichtgeschwindigkeit in jedem Frame gleich ist!
Die ganze Antwort läuft auf die Tatsache hinaus, dass die Phänomene Elektrizität und Magnetismus eigentlich nur zwei verschiedene Aspekte desselben Phänomens sind – Elektromagnetismus . Wenn sie auf einen bestimmten Bezugsrahmen beschränkt sind, verhalten sich die beiden Phänomene unabhängig voneinander. Dies führt zu einem sehr wichtigen Punkt – Elektrizität und Magnetismus sind vereint.
Magnetische Materialien sind ferromagnetisch; dh sie haben Elektronen, die durch ihre Spinbewegung zum Magnetismus beitragen. Sie bewirken keinen Stromfluss im Material oder erzeugen eine Potentialdifferenz in ihnen, damit Ladungen fließen können!
QMechaniker