Bisakah medan magnet suatu benda lebih kuat dari gravitasinya?

Dapatkah sebuah planet, bintang atau yang lain memiliki medan magnet yang lebih kuat atau memiliki jangkauan lebih dari gravitasinya?

gravity fundamental-astronomy magnetic-field stellar-astrophysics stellar-dynamics Muze Troll yang bagus.
sumber

pertanyaan menarik!

uhoh

Gravitasi dan elektromagnetisme keduanya memiliki jangkauan tak terhingga.

user76284

Magnetar? "Medan magnet magnetar akan mematikan bahkan pada jarak 1000 km karena medan magnet yang kuat mendistorsi awan elektron dari atom penyusun subjek, menjadikan kimia kehidupan mustahil terjadi": en.wikipedia.org/wiki/Magnetar

jamesqf

Medan magnet dan gaya memiliki satuan / dimensi yang berbeda dan tidak dapat dibandingkan secara langsung.

Rob Jeffries

@Jamesqf presesi Proton ...?

Russell McMahon

Jawaban:

Mari kita lihat gaya magnet yang tepat (berlawanan dengan gaya Lorentz pada objek bergerak yang bermuatan dijelaskan dalam jawaban @ KenG ) pada spesimen dari material bermagnet dengan massa sebagai cara untuk mencoba membandingkan. Mari kita asumsikan secara sewenang-wenang bahwa ia memiliki momen magnet tetap, permanen, . Kita tidak bisa menggunakan zat besi karena terlalu jenuh. $S$ $M_S$ $m_S$

Kemudian mari kita lihat bagaimana skala kekuatan berbeda dengan jarak

\begin{matrix} (1) & F_{G} = - \frac{G M_{S} M}{r^{2}} \hat{r} \end{matrix}

$\mathbf{F_G} = -\frac{G M_S M}{r^2}\mathbf{\hat{r}} \tag{1}$

\begin{matrix} (2) & F_{B} = \nabla (m_{S} \cdot B (r)) \end{matrix}

$\mathbf{F_B} =\nabla (\mathbf{m_S} \cdot \mathbf{B}(\mathbf{r})) \tag{2}$

Jika kita menguranginya menjadi persamaan skalar pada jari-jari (asumsikan dan adalah paralel) anggap semua gaya menarik, dan evaluasi potensi dan gradiennya pada ekuator tubuh pada jari-jari fisiknya. . Karena gaya magnet pada spesimen dipol kita turun lebih cepat daripada gaya gravitasi, kita harus mengevaluasi keduanya pada jarak terdekat yang memungkinkan secara fisik: $R$ $\mathbf{m_S}$ $\mathbf{B}$ $R$

\begin{matrix} (3) & F_{G} = \frac{G M_{S} M}{R^{2}} \end{matrix}

$F_G = \frac{G M_S M}{R^2} \tag{3}$

\begin{matrix} (4) & F_{B} = \frac{3 m_{S} B_{r = R}}{R} \end{matrix}

$F_B = \frac{3 m_S B_{r=R}}{R} \tag{4}$

di mana spesimen kami adalah jarak dari sumber lapangan kami, dan saat itu adalah magnetisasi 1 Tesla kali volume magnet bumi 1 kg langka, sekitar 0,000125 meter kubik. $R$ $m_S$

Semua unit MKS, semua angka kasar, rata-rata dengan penekanan pada medan magnet terkuat

Body             R (m)      M (kg)    B(r=R) (T)    F_G  (N)    F_B (N)    F_B/F_G
Earth            6.4E+06    6.0E+24   5.0E-05       9.8E+00     2.9E-15    3.0E-16
Jupiter          7.1E+07    1.9E+27   4.2E-04       2.5E+01     2.2E-15    8.8E-17
Neutron Star     1.0E+04    4.0E+30   5.0E+10       2.7E+12     1.9E+03    7.0E-10
Magnetar         1.0E+04    4.0E+30   2.0E+11       2.7E+12     7.6E+03    2.8E-09

Jadi, bahkan untuk Magnetar (lihat juga 1 , 2 ) semacam bintang neutron dengan medan magnet yang sangat kuat), gaya magnet pada spesimen magnet permanen 1kg kami hanya 3 bagian per miliar sekuat gaya gravitasi.

Anda mungkin melihat rasio yang jauh lebih baik jika Anda membandingkan dua partikel subatom pada jarak pendek (misalnya 1E-15 meter) tetapi untuk objek astronomi, gravitasi tampaknya menang dengan cerdas.

uh oh
sumber

Saya tidak berpikir ekspresi Anda untuk gaya magnet benar. Untuk bahan magnetis itu harus bergantung pada . Dan jika Anda memasukkan

dan menggunakan satuan SI, maka di mana adalah

B^{2}

$B^2$

G

$G$

μ_{0} / 4 π

$\mu_0/4\pi$

Rob Jeffries

@RobJeffries kata "magnetik" adalah artefak dari versi sebelumnya dan saya akan mengubahnya menjadi "magnet". Kalimat berikutnya menyatakan bahwa itu adalah magnet permanen dengan momen magnetik

(1 kg, kepadatan sekitar 8000 kg / m ^ 2, 1 magnetisasi Tesla) dan kemudian saya menyebutkan bahwa kita dapat menganggap

dan

sebagai paralel (atau antiparalel ) Tentu saja tidak masuk akal untuk meletakkan magnet di dekat permukaan bintang neutron (kecuali jika berada dalam lambung Produk Umum ). Saya hanya ingin menunjukkan bahwa gravitasi menang dengan telak.

m_{S}

$\mathbf{m_S}$

m_{S}

$\mathbf{m_S}$

B

$B$

uhoh

Komentar bukan untuk diskusi panjang; percakapan ini telah dipindahkan ke obrolan .

dipanggil2voyage

Itu tergantung pada objek apa itu bertindak. Ada banyak objek, termasuk bintang, yang memiliki medan magnet di mana gaya Lorentz pada partikel bermuatan seperti elektron dan proton lebih kuat daripada gaya gravitasi pada mereka.

Juga ingat bahwa kekuatan gaya Lorentz tergantung pada kecepatan partikel yang bergerak melaluinya, sehingga elektron yang bergerak cukup cepat bahkan di sini di Bumi akan menerima gaya magnet yang lebih besar daripada gaya gravitasi. Ini adalah bagaimana medan magnet Bumi mampu mengandung partikel bermuatan di sabuk Van Allen yang gravitasinya tidak bisa mengandung.

Ken G
sumber

Luar biasa! +1Saya benar-benar lupa tentang gaya Lorentz yang dialami oleh partikel bermuatan dan baru saja melakukan gaya magnetik statis lama dibandingkan gaya gravitasi .

uhoh

Jawaban yang bagus untuk pertanyaan yang diajukan entah bagaimana sakitnya

Alchimista

+1 juga untuk menunjukkan perbedaan besar. Gravitasi tidak terpengaruh oleh kecepatan (diskrit || <<< c) saat Lorentz force.

Mindwin

@Alchimista Itu adalah Mutiara >>> Pasir Tumpukan berjalan. Ambil dasar lautan. Pertanyaan seperti pasir, tetapi bagian yang diambil mungkin berisi mutiara di suatu tempat. Sebuah pertanyaan dapat diukur dengan kualitas jawaban yang dipicu.

Mindwin

@Mindwin Terima kasih banyak. Saya benar-benar menaruh banyak pemikiran dalam pertanyaan itu. Bagaimana Anda mengatakannya?

Muze Troll yang bagus.

Bukan tidak mungkin, tetapi jawaban singkatnya adalah "tidak".

Medan gravitasi akan mempercepat semua materi dan energi secara merata sedangkan medan magnet hanya akan mempercepat muatan listrik yang bergerak (magnet lainnya).

Gaya akibat gravitasi sebanding dengan kuadrat terbalik jarak, dan gaya akibat magnet mendekati asimtotik mendekati kubus terbalik jarak. Pada jarak kritis, gaya gravitasi akan menjadi lebih kuat daripada gaya magnet.

Kecuali jika sebagian besar tubuh besar itu magnetis, bahkan di atas kutub magnetis medan magnetnya mungkin terlalu rendah untuk melayang-layang magnet tipikal dalam medan gravitasi tubuh besar itu.

anonim
sumber

Elektron memiliki momen magnetik besar dan massa kecil, jadi mungkin ada peluang bagi mereka, dan orto-positronium memiliki momen magnet, massa kecil, dan tidak bermuatan sehingga tidak akan ada gaya Lorentz.

uhoh

Komentar luar biasa. Intinya adalah bahwa gaya magnet melebihi gaya gravitasi hanya jika objeknya kecil, seperti elektron atau atom.

PERFESSER CREEK-WATER

Masih di sini? hanya berkeliaran?

Muze Troll yang bagus.