En el nivel más fundamental, ¿qué es el magnetismo?

Answer 1

En su nivel más fundamental, un campo magnético no existe realmente.

Es decir, los campos magnéticos son en realidad solo campos eléctricos vistos desde un marco de descanso móvil. Si miras un electrón estacionario, solo tiene un campo eléctrico, pero lo pones en un cable y lo haces moverse, ¡de repente hay un campo magnético!

Esto claramente se ve un poco dudoso – ¿campos magnéticos saliendo de la nada?

Afortunadamente, se puede usar la relatividad especial para mostrar que los campos magnéticos son en realidad solo transformaciones de campos eléctricos de Lorentz, por lo que al igual que el tiempo y el espacio se vuelven “escandalosos” (término técnico) a altas velocidades, esto también afecta a los campos eléctricos. Entonces percibimos este “squonkiness” en nuestros marcos de descanso como campos magnéticos.

Luego, puede usar la relatividad general y mostrar que los campos eléctricos se describen con mayor precisión mediante el tensor electromagnético, que toma en cuenta las cosas relativistas especiales, así como algunas cosas aún más complicadas.

Entonces, en el nivel más fundamental, dado el tensor electromagnético F:

[math] F _ {\ mu \ nu} = \ partial_ \ mu A _ {\ nu} – \ partial_ \ nu A _ {\ mu} [/ math]

El campo magnético está dado por:

[math] B_i = – \ frac {1} {2} \ epsilon_ {ijk} F ^ {jk} [/ math]

(A veces, pedir la explicación más fundamental no es la más útil …)

Answer 2

Comenzando con la física, debemos recordar que un electrón es un imán. Es decir, dos electrones se pueden atraer o repeler entre sí en una fuerza que es diferente de la de la fuerza electrostática. La fuerza electrostática entre cargas es una fuerza central … es decir; Es esféricamente simétrico, tiene la misma repulsión / atracción en cualquier dirección. Pero el electrón tiene un momento dipolar magnético (mdm), como un imán pequeño, es decir, dos electrones también pueden atraerse entre sí si están girando hacia arriba y hacia abajo y repelen si ambos giran hacia arriba. La fórmula para esto se puede encontrar aquí Momento magnético. En una escala mayor, los electrones que circulan átomos también convierten estos átomos en imanes, y esta es la fuente del magnetismo permanente de todos los tipos. Si los electrones son un par de giro hacia arriba y hacia abajo, no se obtiene este efecto debido a la cancelación, mostrando otra conexión entre el giro (llamado movimiento orbital en este caso) y el magnetismo.

Luego vemos que dos bucles de cables de corriente también se comportan de la misma manera. Eso es usar la regla de la mano derecha para las direcciones actuales, los dos bucles se comportan como imanes. No hace falta decir que no hay fuerzas electrostáticas entre dos bucles debido a la neutralización de las cargas de electrones por parte de los protones en el átomo mismo (la materia es mayormente neutral). Esta analogía nos dice que los ‘electrones’ también podrían ser ‘cargas rotativas’, y esa es la razón de su magnetismo … pero todos los esfuerzos para explicar el fenómeno utilizando todos los hechos conocidos sobre el electrón no lograron una respuesta aceptada universalmente. en cuanto a cómo sucede esto. Pero supongamos que es así … es decir, el electrón es un imán porque es una carga giratoria. Un hecho útil a este respecto es que el momento de giro y dipolo del electrón están estrechamente relacionados.

Luego notamos que un electrón libre que no se mueve no es afectado por un bucle de corriente (aparte de voltear su dirección del dipolo). Pero cuando el electrón se mueve, su dirección se dobla para formar un bucle además del giro en su mdp. Esto revela aún más la conexión con el giro de las cargas. La relación que describe esta interacción para un solo electrón se llama fuerza de Lorentz de Lorenz. Un electrón móvil en este se somete a una fuerza lateral que es el producto del campo magnético (componente normal) y su velocidad. La fuerza lateral hace que el electrón gire en vez de continuar recto. Al ser una fuerza normal a la velocidad, no se realiza ningún trabajo en el electrón y el electrón mantiene su velocidad sin cambios. De hecho, hay una pequeña pérdida debido a la radiación causada por aceleración debido a su cambio de dirección (con velocidad constante).

Ahora llegamos a la explicación … ¿cómo aparece la fuerza magnética como resultado del movimiento de carga? Además de las conocidas explicaciones de la relatividad, también es posible dar una explicación clásica, lo que equivale a lo mismo si profundizas. El secreto está en el hecho de que el potencial electrostático no es instantáneo sino que toma tiempo … el potencial de Coulomb se mueve a través del espacio con la velocidad de la luz. Es estático solo durante mucho tiempo sin cambios. Esto se describe utilizando el concepto de potencial retardado. Si toma dos cargas que se mueven entre sí y encuentra la fuerza de Coulomb (repulsión) entre las dos (usando la fórmula clásica) encontrará que aparecerán nuevos términos además de la fuerza electrostática. Estas son la fuerza magnética y Los términos de radiación! Potencial retardado

Entonces, cuando un electrón se mueve más allá de un bucle de alambre, o dos electrones están en movimiento, debido a la velocidad finita de la fuerza estática, comienzan a aparecer otras fuerzas … una fuerza magnética y radiación. Por lo tanto, la fuerza magnética se puede considerar como una fuerza estática que se ha girado en la dirección de modo que ahora tiene dos componentes … uno a lo largo de la línea que une dos cargas (la parte estática) y otro normal a la dirección de la velocidad que intenta doblarse hacia la otra carga … este último componente es el magnetismo. Si dos cargas se mueven a la velocidad de la luz, la fuerza de repulsión se vuelve cero según los cálculos, y todo lo que se obtiene es una fuerza magnética que es atractiva o repulsiva según las direcciones de velocidad relativa / dirección de dpm … vea Einstein Light: módulo 2 para la relación de la fuerza electrostática de una carga móvil y no móvil; F / Fs = (1- (v / c) ^ 2). ¡Esa es la fuerza de repulsión entre dos cargas similares que se mueven en c es cero! toda la fuerza se convierte en magnética … que es una fuerza de rango mucho más corto como sabemos (en comparación con la fuerza electrostática) como también sabemos por nuestra experiencia con los imanes. Afirmo que esta es la fuente del ‘comportamiento asintótico y fuerzas fuertes’ observadas dentro del núcleo.

La fuerza magnética también tiene una similitud con la fuerza centrípeta / centrífuga en el sentido de que ambas son normales a la velocidad, ambas aumentan con la velocidad y ambas no dan como resultado el trabajo realizado debido al ángulo recto entre la fuerza y ​​la velocidad de la partícula. vea más aquí http://www.maths.dur.ac.uk/Ug/pr …

Answer 3

A menudo estamos más familiarizados con el “magnetismo” a nivel macroscópico, donde tenemos imanes que parecen producir campos magnéticos sin corrientes en movimiento y vemos campos magnéticos producidos por los efectos electromagnéticos de electrones que se mueven en cables, etc.

En la física clásica, tendemos a pensar en los campos magnéticos que se crean al mover partículas cargadas. Sin embargo, a nivel cuántico las cosas no son tan simples. Los efectos básicos del magnetismo se derivan de una propiedad de las partículas llamada ‘espín’, que es una propiedad intrínseca de las partículas, unida a esta, pero distinta de la carga y se comporta como si las partículas tuvieran una forma de momento angular. En general, vemos dos tipos de partículas básicas … fermiones que tienen un giro neto igual a 1/2 y bosones con un giro entero. Las partículas como los neutrones, sin embargo, muestran una carga cero pero tienen un giro. Por lo tanto, los físicos deducen que los neutrones NO son realmente partículas fundamentales, sino que están compuestas por dos partículas de carga opuesta, pero sus espines no se cancelan. Más recientemente, hemos descubierto nuevas partículas con carga cero y giro cero (Higgs Bosons), por lo que las cosas se están volviendo mucho más difíciles de entender en términos de los modelos más simples y, por supuesto, con la aparición de los quarks como la versión más fundamental de las partículas. Las cosas son más complejas una vez más. Sospecho que incluso la mayoría de los científicos han perdido de vista exactamente qué es lo que está en los niveles más fundamentales.

Sin embargo, mi punto principal aquí no es una exposición de la física de partículas. Es para señalar que los campos magnéticos son una propiedad intrínseca de la naturaleza que resulta de una propiedad llamada espín, relacionada con la carga, pero diferente de la carga. El giro crea un momento dipolar magnético y se producen campos magnéticos a nivel macroscópico cuando de alguna manera encontramos formas de alinear los espines de una gran cantidad de partículas. Esto tiende a alinear los espines de otras partículas y siempre que realicemos cualquier acción que intente cambiar algo como el momento angular, a nivel macroscópico, ¡esto se manifiesta como una fuerza! Por lo tanto, en realidad, la fuerza magnética es esencialmente lo que sucede cuando intentamos alinear el giro de las partículas cargadas.

Answer 4

Simplemente me gustaría agregar a las otras respuestas recordando a las personas que en la Teoría Cuántica de Campos, la única teoría que tiene sentido, todo es campos. Incluso las llamadas partículas son trozos o cuantos de campo. El campo electromagnético es uno de los cuatro campos de fuerza (gravedad, EM, fuerte y débil), y es el campo que interactúa con las partículas (perdón, me refiero a los cuantos) que tienen una propiedad interna llamada carga eléctrica. Como escribí en el Capítulo 10 de mi libro (disponible gratuitamente en quantum-field-theory.net):

“Espero que un día la comunidad de físicos finalmente abandone la nave QM hecha de partículas que flotan en un mar de paradojas para navegar más suavemente en los mares de los campos cuánticos”.

Answer 5

Como sabemos, todo lo que nos rodea está hecho de átomos y estos átomos están formados por una masa central de materia llamada núcleo. Partículas diminutas llamadas electrones se mueven alrededor del núcleo en órbita, un poco como satélites en el cielo sobre nosotros, pero también giran sobre su eje al mismo tiempo (al igual que las cimas giratorias). Sabemos que los electrones transportan corrientes eléctricas (flujos de electricidad) cuando se mueven a través de materiales como los metales. Los electrones son, en cierto sentido, pequeñas partículas de electricidad. El magnetismo es así causado por electrones que se mueven dentro de los átomos y crean campos magnéticos alrededor de ellos. Los dominios son en realidad grupos de átomos en los que los electrones giratorios producen un campo magnético general que apunta de una forma u otra (teoría del dominio).

La mayoría de los electrones en un átomo existen en pares que giran en direcciones opuestas, por lo que el efecto magnético de un electrón en un par cancela el efecto de su compañero. Pero si un átomo tiene algunos electrones no pareados (los átomos de hierro tienen cuatro), estos producen campos magnéticos netos que se alinean entre sí y convierten todo el átomo en un mini imán. Cuando pones un material paramagnético como el hierro en un campo magnético, los electrones cambian su movimiento para producir un campo magnético que se alinea con el campo exterior.

Answer 6

Las cargas eléctricas tienen un campo eléctrico, que conduce a la fuerza eléctrica.

Las cargas eléctricas en movimiento inducen un campo magnético, que conduce al magnetismo.

Así, a nivel fundamental, el magnetismo se debe a cargas eléctricas en movimiento.

“Física de Berkeley – vol. 2 – Electricidad y magnetismo” tiene un excelente capítulo sobre esto. (Google y obténgalo si está interesado).

Independientemente de dónde se encuentre el magnetismo (en la Tierra, tarjetas, motores, paramagnetos, imanes o ferroimanes), el magnetismo se debe a las cargas eléctricas en movimiento.

Answer 7

El electromagnetismo es una fuerza, no dos como muchos dirán. No he visto una explicación concreta de lo que es, sino solo lo que hace.
. Personalmente, me gusta pensarlo como un toro de vórtices de líquido opuestos que fluyen. Cada líquido solo actúa sobre sí mismo. Esto es a nivel atómico y se magnifica con la alineación de moléculas en imanes permanentes.
El protón emite un fluido hacia el electrón que luego fluye a través de él hacia la parte posterior del protón. El electrón emite el fluido b en el protón que fluye a través de la espalda hacia la parte posterior del electrón. Toro de flujo gemelo ..

Answer 8

No sé si alguien puede explicar esto mejor que Richard Feynman, así que le dejaré:

Richard Feynman en Imanes