Tip:
Highlight text to annotate it
X
Tylko kilka pierwiastków może być trwałymi magnesami - żelazo jest jednym z nich. Miedź nie. Ale jeśli
przepuścisz ładunek elektryczny przez jakikolwiek metal, wtedy staje się on magnesem - elektromagnesem.
Ale jak to działa? O dziwo, jest to konsekwencją szczególnej teorii względności.
Szczególna teoria względności polega na fakcie, że we wszechświecie odległość i czas nie są absolutne:
są postrzegane inaczej przez obserwatorów poruszających się względem siebie (stąd "względność").
Dla przykładu: jeżeli zmierzysz wystarczająco dokładnie zauważysz, że czas płynie wolniej dla obserwatorów
poruszających się względem ciebie.
Hej Derek, kiedy ostatnio się goliłeś? Derek: Sześć godzin temu.
Derek w ruchu: Właściwie to to pięć godzin, 59 minut i 59.99999999999 sekund.
Dodatkowo poruszające się obiekty są kurczone względem kierunku ich poruszania się.
Wyglądasz smukło. Tylko w twoim układzie odniesienia.
Więc jeśli obiekt porusza się względem ciebie wtedy zajmuje mniej miejsca, niż gdy
się nie porusza. I mimo, że ten efekt jest oczywiście znacznie drobniejszy niż pokazaliśmy,
kurczenie się odległości JEST tym, co wywołuje elektromagnetyzm.
Wyobraź sobie miedziany przewód - składa się z dodatnich, metalowych jonów pływających w morzu
wolnych, ujemnych elektronów. Ilość protonów jest równa ilości ujemnych elektronów, więc cały
przewód jest neutralny. Więc jeśli byłby tam dodatnio naładowany, eee... dodatnio naładowany kot w pobliżu,
nie odczułby żadnej siły ze strony przewodu.
I nawet jeżeli byłby ładunek w przewodzie, elektrony po prostu dryfowałyby w jednym kierunku,
ale gęstość dodatnich i ujemnych ładunków wciąż byłaby taka sama,
więc przewód byłby neutralny, więc nie byłoby siły wobec kotka.
A co jeśli kot zacząłby się poruszać? Wyobraź sobie dla uproszczenia, że kot porusza się
w tym samym kierunku co elektrony i z taką samą prędkością. Teraz w moim układzie odniesienia
przewód wciąż jest neutralny i nie powinna oddziaływać żadna siła na kota, ale rozważ
tę samą sytuację w kocim układzie odniesienia.
W układzie odniesienia kota dodatnie ładunki są w ruchu, więc w według szczególnej
teorii względności ich odstępy będą lekko skurczone. Ponadto, z tej perspektywy
elektrony nie poruszają się, więc są bardziej rozstawione niż wcześniej
- pamiętaj, przedmioty zajmują więcej miejsca gdy się nie poruszają niż gdy się poruszają.
Te dwie zmiany razem znaczą, że jest większa gęstość dodatnich ładunków w przewodzie,
więc nie jest on już neutralny - jest dodatnio naładowany! To oznacza, że dodatnio naładowany kot
odczuje odpychającą siłę elektryczną od przewodu.
Ale w moim układzie odniesienia to wydaje się zagadkowe: nie ma siły wobec nieruchomego, naładowanego kota,
ale poruszający się kot jest jakoś odpychany od neutralnego przewodu.
Jak wyjaśnisz tę siłę? Powiedzieliśmy, że jest to siła magnetyczna i że działa głównie dlatego,
że przewód z ładunkiem odwraca pobliskie magnesy. Więc co ten eksperyment tak naprawdę pokazuje,
to że pole magnetyczne jest po prostu polem elektrycznym widzianym z innego
układu odniesienia.
W kocim układzie odniesienia, kot jest odpychany od przewodu z powodu pola elektrycznego stworzonego
przez nadmiar dodatnich ładunków wytworzony przez efekt kurczenia się odległości.
W moim układzie odniesienia kot jest odpychany od neutralnego przewodu z powodu pola magnetycznego
generowanego przez ładunek przepływający przez przewód.
Tak więc czy widzisz to jako elektryczne bądź magnetyczne pole zależy jedynie od twojego
układu odniesienia, ale w obu przypadkach rezultaty są takie same. Więc elektromagnes jest codziennym
przykładem szczególnej teorii względności w akcji.
To może brzmieć szalenie, zważywszy na to, że elektrony dryfują przez przewód z około
0.0000000001% prędkości światła - jak szczególna teoria względności może mieć tu cokolwiek do czynienia?
Prawdą jest, że jest wystarczająco elektronów w przewodzie, a oddziaływanie elektryczne jest tak niesamowicie mocne,
że nawet tak minimalne efekty kurczenia odległości mogą wyprodukować znaczącą nierównowagę ładunku,
która wytworzy zauważalną siłę.
Więc szczególna teoria względności wyjaśnia elektromagnesy, ale co z trwałymi magnesami?
Właśnie! Chodzi mi o to, że nie może być ładunków elektrycznych płynących dookoła kawałków skały?
Kliknij tutaj by przejść do MinutePhysics, gdzie zbadamy magnetyt, kompasy i całą magię
trwałych magnesów!