Czym są bieguny magnetyczne, jaka jest różnica między północnym a południowym biegunem magnetycznym

Biegun magnetyczny Jest użyteczną koncepcją z teorii pola magnetycznego podobną do koncepcji ładunek elektryczny… Definicje północ i południe w odniesieniu do takich biegunów w ramach tej analogii odpowiadają definicjom ładunku jako pozytywny i negatywny.

Tak jak istnieje siła odpychania między dwoma elektronami i siła przyciągania między elektronem a protonem, istnieje siła odpychania między dwoma północnymi biegunami magnetycznymi i siła przyciągania między biegunami północnym i południowym.

Pola magnetyczne można opisać za pomocą linie strumienia magnetycznego lub linie siły… Ta koncepcja jest związana z hipotetycznym zachowaniem pojedynczego poruszającego się bieguna północnego w zewnętrznym polu magnetycznym.

Gdyby taki biegun istniał, to w określonych warunkach miałby tendencję do poruszania się w kierunku pola w dowolnym punkcie przestrzeni i opisywałby trajektorie zwane liniami sił. Pojedynczy biegun południowy porusza się wzdłuż linii sił w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu pojedynczego bieguna północnego.

Ruch bieguna jednostkowego wzdłuż linii sił jest konsekwencją działania siły kulombowskiej, a wpływ jednego z dwóch biegunów jednostkowych jest zastępowany wpływem równoważnego pola magnetycznego.

Siła przyłożona do bieguna jest wynikiem oddziaływania jego własnego pola lokalnego z polem istniejącym w otaczającej przestrzeni.

Chociaż siła tego pola zewnętrznego jest odczuwana przez dany biegun, położenie źródła pola zewnętrznego nie musi być znane, jeśli weźmie się pod uwagę tylko siłę działającą na dany biegun.

Pole zewnętrzne oddziałuje po prostu na biegun znajdujący się w danym punkcie przestrzeni. Intensywność odpowiedzi jednego bieguna na działanie pola zewnętrznego określa miarę ilościową, względem której intensywność tego pola zewnętrznego.

Zatem zarówno pola elektryczne, jak i magnetyczne można ogólnie przedstawić za pomocą linii sił. Jednostkowe ładunki elektryczne mają tendencję do poruszania się wzdłuż elektrycznych linii sił i pojedyncze bieguny magnetyczne — wzdłuż magnetycznych linii sił… Istnieje jednak zasadnicza różnica między tymi dwoma rodzajami linii sił.

W szczególności istnieją dwa rodzaje cząstek naładowanych elektrycznie, dodatnie i ujemne, a każdy rodzaj cząstek działa jako źródło prądu elektrycznego.

Jeżeli w przestrzeni znajdują się cząstki obu typów, to linie sił elektrycznych zaczynają się na cząstkach jednego typu, a kończą na cząstkach drugiego rodzaju. W tych warunkach każda linia pola elektrycznego ma początek, koniec i kierunek.

Jeśli istnieją naładowane elektrycznie cząstki tylko jednego typu, to linie sił elektrycznych rozciągają się między tymi cząstkami a nieskończonością. W tym przypadku każda linia siły ma początek i kierunek, ale nie ma końca.

Linia pola magnetycznego, w przeciwieństwie do pola elektrycznego, chociaż ma kierunek, nie ma początku ani końca. Linie pola magnetycznego są zawsze ciągłe. W rezultacie nie może istnieć pojedynczy biegun magnetyczny w postaci cząstki, analogiczny do pojedynczego ładunku, który jest reprezentowany przez elektron lub proton.

Chociaż koncepcje północnych i południowych biegunów magnetycznych jednostek są przydatne do ilościowego określania pól magnetycznych, takie cząstki nie mogą istnieć w naturze. Jednak linie pola magnetycznego mogą wychodzić z jednego końca ciała i wchodzić na drugi koniec. W takich przypadkach mówi się, że to ciało jest magnetycznie spolaryzowane.

Podobnie ciało jest spolaryzowane elektrycznie, jeśli linie pola elektrycznego wychodzą z jednego jego końca i wchodzą z drugiego końca.

W polaryzacji elektrycznej linia pola elektrycznego zaczyna się w pewnym punkcie wewnątrz spolaryzowanego ciała. Koniec linii sił jest przypisany do określonego elektronu lub określonego protonu. W przypadku polaryzacji magnetycznej linia pola magnetycznego po prostu przechodzi przez ciało, a wewnątrz tego ciała nie ma punktów, w których mogłaby się zaczynać lub kończyć.

Jako przykład rozważ otaczające go pole magnetyczne taśma magnetyczna… To pole ma największą siłę na obu końcach pręta.

Na pierwszy rzut oka może to sugerować obecność pewnych źródeł pola magnetycznego wewnątrz pręta na jego końcach – biegun północny na jednym końcu i biegun południowy na drugim.

Jednak taka idea rozwija się tylko wtedy, gdy obserwuje się ją z zewnątrz, ponieważ w rzeczywistości pole ma największą siłę w środkowej części metalowego pręta, a nie na jego końcach. Więc tu bieguny magnetyczne charakteryzują punkty wejścia i wyjścia linii sił, a nie punkty ich początku lub końca.

Nazwy północ i południe powstały w wyniku skojarzenia historycznego. Ziemskie pole magnetyczne jest zorientowane w taki sposób, że jego bieguny fizycznie znajdują się w bliskiej odległości od biegunów geograficznych.

W rzeczywistości igła kompasu wskazuje geograficzny biegun północny w wielu punktach na ziemi. W umysłach wielu ludzi te dwa zupełnie różne pojęcia (bieguny geograficzne i magnetyczne) łączą się w jedno.

Ale nawet stosując przyjętą konwencję co do biegunów północnego i południowego, nadal pozostaje pewna niejasność, wynikająca z konieczności rozróżnienia między biegunem zorientowanym w kierunku północnym, który jest prawdziwym biegunem północnym magnesu, a południowym biegunem magnetycznym , który pod względem swoich właściwości odpowiadałby geograficznemu biegunowi północnemu, gdyby rzeczywiście istniał fizycznie zdefiniowany pojedynczy biegun.

Krótko mówiąc, chociaż ciało można spolaryzować tak, że linie pola magnetycznego wychodzą na jednym końcu i wchodzą na drugim końcu, obiekty takie jak monopol magnetyczny nie istnieją.

Kontynuacja tego artykułu: Jaki jest biegun bieżącego źródła