Как магниты удерживаются вместе и почему они не взрываются?

Представьте, что у нас есть магнит (красная сторона — северный полюс, синяя сторона — южный полюс), и представьте два способа его разделить.

Первый способ:

введите описание изображения здесь

Когда мы разделим его, отделив северный полюс от южного, мы увидим, что эти две части сами по себе являются дипольными магнитами. Два сломанных конца будут противоположными полюсами и будут притягиваться друг к другу.

Второй способ:

введите описание изображения здесь

Когда мы разделим его вдоль двух полюсов, две получившиеся части магнита будут отталкиваться друг от друга.

Обратите внимание, что цвета — это просто представления полюсов магнита, и когда цвета меняются, они не представляют никаких изменений в частях самого магнита.

Мой вопрос: если внутри магнита есть отталкивающая сила, которая толкает магнит горизонтально (на моем рисунке), то что удерживает его вместе?

Мне кажется, что устойчивость магнита нельзя объяснить одними только электромагнитными силами, но это кажется не совсем правильным. Что удерживает домены магнита вместе? А на атомном уровне что удерживает атомы вместе?

Не нужно помечать этот вопрос [электромагнетизмом] или [магнитными полями]. Как что-то держится вместе? Постоянные магниты не взрываются, потому что они твердые объекты. Ваш вопрос сводится к вопросу, почему «твердые» объекты являются твердыми.

Ответы (4)

Химические связи материала удерживают его вместе.

Если магниты, о которых вы думаете, сделаны из металла, то химическая связь — это металлическая связь , которая довольно прочна. Вы можете почувствовать, насколько он прочный, если попытаетесь разорвать металлический стержень на две части. Если вы не очень сильны, вы, вероятно, не справитесь, но вы, вероятно, сможете оторвать стержневой магнит от дверцы холодильника, например. Сила металлической связи намного больше силы магнитного поля.

Как ни странно, источником металлической связи также является электромагнитная сила. Для типичных значений электрическая сила намного больше, чем магнитная сила. Вы можете понять это, исследуя силу между двумя сферами с зарядом. 1   С . Если два шара разделены вакуумом и находятся на расстоянии 1   м , сила между ними примерно 9 × 10 9   Н . Между тем, если одна из сфер движется со скоростью 1   м / с в магнитном поле Земли магнитная сила, которую он испытывает, примерно 3.2 × 10 5   Н .

Именно это большое несоответствие удерживает магнит (и атомы) вместе.

Чтобы быть абсолютно ясным: будет ли правильно сказать, что металлическая связь возникает из-за электрического поля (от молекул)?
@MaximalIdeal да. Из Wiki: «Металлическая связь — это тип химической связи, которая возникает из-за электростатической силы притяжения между электронами проводимости (в форме электронного облака делокализованных электронов) и положительно заряженными ионами металла».
Здравствуйте, этот интересный вопрос вызвал у меня дополнительный вопрос: если вы посмотрите на первый рисунок, на котором магнит разделен пополам, как возможно, что северная часть всего магнита становится южной, а южная часть весь магнит становится на север?
@ Kinka-Byo Технически это ничего не меняет и не становится, это только кажется. Если вы снова объедините две части (что они и хотят сделать на первом рисунке), вы получите тот же самый магнит, с которым вы начали, так что это показывает, что на самом деле ничего не меняется с точки зрения полюсов. Теперь, чтобы объяснить это дальше...
@ Kinka-Byo ... магнит на самом деле состоит из множества маленьких диполей, а магнитное поле от магнита на самом деле представляет собой сумму полей этих крошечных диполей. В этом видео говорится, что в конечном итоге все сводится к электронам, испускающим дипольное поле (это электрические монополи, но магнитные диполи). (Allure может ответить и на это, если захочет.)
@ Kinka-Byo «Северный» и «Южный» полюса на самом деле не существуют. Это просто способы различить две стороны магнита: одну, где линии поля выходят, и другую, где линии поля входят в магнит. Если вы сломаете магнит, как на первом рисунке, это все еще верно.
Чтобы добавить к комментарию Аарона: север и юг магнита - это скорее направления, а не местоположения.
И если бы вы сделали продольный разрез, который @MaximalIdeal показывает в вопросе, две половинки фактически отталкивались бы друг от друга и разлетались. (На самом деле они, скорее всего, будут вращаться так, чтобы северный полюс одного полумагнита совпадал с южным полюсом другого.)
@CarlF Или скользите вертикально, если вы прикрепили к ним гироскопы, чтобы они не вращались.

Магниты удерживаются вместе так же, как все твердые тела удерживаются вместе: химические связи между частицами, из которых состоит магнит, которые в конечном счете возникают благодаря электромагнетизму.

Возьмите два магнита на холодильник, которые притягиваются друг к другу, соедините их и разъедините. Затем возьмите обычный кусок металла и потяните за его концы примерно с таким же усилием. Это создает примерно такое же растягивающее напряжение, под которым постоянно находится магнит на холодильник. Вы удивлены, что металл не разваливается в ваших руках?

ОП полностью, полностью прав .

Есть много общих объектов, например

https://en.wikipedia.org/wiki/Магнитар

где «собственное» магнитное поле настолько сильно, что легко разрывает объекты, молекулы, атомы и даже фотоны.

Такие вещи являются обычным состоянием Вселенной.

В действительно редких, необычных условиях (например, магниты на холодильник на Земле) этого не происходит.

введите описание изображения здесь

Эти типичные земные магниты менее мощные, чем другие обычные объекты во Вселенной, и, следовательно, не демонстрируют поведения, описанного в ОП.

Опять же, типичный немагнитный объект во Вселенной также не является твердым.
Возможно, лучшим примером является разработка высокопрочных электромагнитов. См., например , www2.lbl.gov/Science-Articles/Archive/14-tesla-magnet.html — там есть несколько абзацев о том, что они должны были сделать, чтобы ниобий-олово проволока выдержала ожидаемые нагрузки.
увлекательно, @zwol и, как вы говорите, точно отвечает на вопрос ОП. возможно стоит сделать ответ?!
@Fattie Не думаю, что смогу отдать должное; все, что я знаю об этой теме, уже содержится в статье, на которую я ссылаюсь.

Сегодня мы все знаем, что на самом низком известном уровне, кварки, из которых состоят нуклоны, удерживаются вместе сильным взаимодействием, и оно намного сильнее, чем любая другая сила на этом расстоянии, вот почему кварки существуют в замкнутом пространстве. в нашей вселенной (за исключением, может быть, черных дыр). Теперь нуклоны удерживаются вместе остаточным сильным взаимодействием (ядерным взаимодействием), которое все еще намного сильнее, чем любое другое взаимодействие в этом масштабе.

Электроны и ядра удерживаются вместе электромагнитной силой (статическими электрическими полями зарядов), которая в вашем случае еще сильнее, чем статическое магнитное поле магнитов.

Теперь атомы внутри магнита удерживаются вместе чем-то, что мы называем ковалентными связями, и это противоречит распространенному мнению о феномене КМ. Эти ковалентные связи возникают из-за определенного разделения электронных орбиталей, и их эффект заключается в том, что ковалентная связь намного сильнее, чем статические магнитные поля стержневых магнитов в вашем случае.

Вы спрашиваете, что удерживает домены магнитов вместе, и ответом является эта ковалентная связь.

Как вы уже указали, необходимо учитывать физические единицы. При работе в единицах СИ отношение напряженности электрического поля к напряженности магнитного поля в ЭМ излучении равно 299 792 458 м/с, скорости света c.

Почему магнитные поля намного слабее электрических?

Ковалентные связи однозначно обусловлены электромагнитным взаимодействием. Электростатическое взаимодействие — это всего лишь приближение, в котором пренебрегается динамика (квантового) электромагнитного поля, и иногда этого приближения достаточно.

Ковалентные связи являются ЭМ (электростатическими/электроотрицательными) или нет?

Таким образом, ответ на ваш вопрос заключается в том, что ковалентная связь (частиц) намного сильнее, чем сила статического магнитного поля ваших стержневых магнитов, и это удерживает домены магнитов вместе.