Fizika padajočih magnetov v tujcih 3. sezona


Mislim, da mi treba govoriti o magnetih Neznane stvari. Oh, še niste končali 3. sezone? Brez skrbi, to ni ogromen zaplet, vendar je tehnično še vedno spojler. Hotel sem vas samo opozoriti.

Preglejmo magnetne dele ploskve. Najprej Joyce Byers (Winona Ryder) opazi, da njeni magneti za hladilnik prenehajo delovati in padejo na tla. To se zdi čudno, zato se je odločila, da bo lažje prebrala nekaj naprednih učbenikov fizike, ki jih je pregledala iz knjižnice. Drugič se ustavi pred hišo lokalnega učitelja znanosti Scotta Clarka (Randy Havens). Imajo naslednje interakcije. Da, prepisala sem ga – samo za vas.

Joyce: Kaj je to spet?

Scott: To je solenoid. To je tuljava, ovita okoli kovinskega jedra in ko elektrika prehaja skozi to …

Joyce: Ustvari elektromagnetno polje.

Scott: Exactamundo. Zdaj pa za zabavni del. Ali bova?

Joyce: Ja.[[Scott vklopi solenoid]Jaz … ničesar ne vidim.

Scott: Ne. Ne morete videti, vendar je tu, prepričujem. Naše elektromagnetno polje Clark-Byers-a. Precej neato, kaj?

Joyce: Ja.

Scott: In to polje vpliva na vsak nabiti predmet v njegovi bližini.

Joyce: Tako kot moji magneti?

Scott: Tako kot vaši magneti.

Joyce: V redu, zakaj se nič ne dogaja?

Scott: Oh, ker je naše polje stabilno. Ampak, če zmanjšamo trenutni …[[Scott izklopi tok in magneti odpadejo.]

Joyce: Kako …

Scott: Magnetni dipoli so se skušali orientirati glede na polje, toda …

Joyce: Ne ne ne. Mislim, kako se to dogaja pri moji hiši?

Kasneje:
Scott: Teoretično gledano predvidevam, da bi lahko obstajala neka velika različica tega izmeničnega transformatorja. Nekakšen stroj. Ampak, da bi prišli do vaše hiše in mesta, gosh, to bi zahtevalo več milijard voltov električne energije in bi stalo več deset milijonov dolarjev.

Vem, da imate veliko vprašanj. Torej, pojdimo do tega.

Kaj je solenoid?

Začeli bomo s preprostimi stvarmi. Kot je rekel Scott, gre v bistvu za tuljavo žice. Če dodate trdno feromagnetno jedro (kot železo), bo nastalo močnejše magnetno polje. Nisem prepričan, da bodo druge kovine tako zelo pomagale. Ampak sploh ne potrebujete trdnega jedra. Deluje s samo zrakom na sredini. Osnovna ideja je, da električni tok naredi magnetno polje. Če žico ovijete v eno zanko, se magnetno polje z vseh strani zanke večinoma poravna v isto smer, da ustvari močnejše polje znotraj zanke. Več zank (kot v solenoidu) pomeni večje magnetno polje.

Oh, videti je, da je Scott ovil žico okoli nečesa, kot je kovinski kosilo. To je kul in vse (izgleda zelo MacGyver), vendar mora imeti trdno kovinsko jedro in ne biti votlo, da pomembno vpliva na magnetno polje. Še ena stvar.

Ali solenoid ustvari elektromagnetno polje?

Ne. Pa ne vedno. V redu, pravzaprav nisem prepričan, kaj je v resnici "elektromagnetno polje". To bi razlagala kot območje v vesolju z električnim poljem in magnetnim poljem, v katerem lahko obe polji povzročata elektromagnetno valovanje. Torej, če imate samo stalni električni tok v solenoidu, dobite le statično magnetno polje. Če je v solenoidu izmenični tok (kot bi ga priklopili v vtičnico), bi zaradi spreminjajočega se toka dobilo spreminjajoče se magnetno polje. To spreminjajoče se magnetno polje ustvarja električno polje, ki se tudi spreminja. Električna in magnetna polja, ki se spreminjajo, so elektromagnetno valovanje.

Ni povsem resnično reči, da solenoid naredi elektromagnetno polje. Bolje je reči, da LAHKO ustvari elektromagnetni val.

Ali solenoid vpliva na kateri koli nabiti predmet?

To gre po temni poti (temno v znanju). Ne pozabite, Joyce in Scott govorita o magnetih. Ko omeni nabito delce, se prestrašim. Bojim se, da magnete zmede z nabitimi delci. Res so drugačni. A pojdimo naprej.

Če imate magnetno polje, ki ustvarja konstantno magnetno polje, ali deluje s katerim koli napolnjenim objektom? Ne. Obstaja le interakcija med konstantnim magnetnim poljem in PRIKLJUČENIM delcem. Prav tam, zaradi tega Scottova izjava večinoma ni resnična. Kaj pa elektromagnet s spreminjajočim se magnetnim poljem in spreminjajočim se električnim poljem. Potem je odgovor pritrdilen. Vendar je interakcija zelo šibka – to je tako drobna interakcija, ki je verjetno ne bi nikoli opazili.

Toda tukaj je, kako bi to delovalo. Električno polje v tem elektromagnetnem valovanju bi potisnilo nabiti predmet, saj nabiti predmeti doživljajo silo v električnih poljih. Ko se ta nabito predmet začne premikati (zaradi električnega polja), bo na njem nastala magnetna sila. Pravzaprav ravno zato kometov rep kaže proti soncu. Elektromagnetno valovanje sončne svetlobe v bistvu deluje na prah kometov v bistvu na enak način. To ga potisne stran od sonca – vendar je učinek zelo majhen.

Kdaj je "Exactamundo" postal stvar in kdaj se je to ustavilo?

Ali je "exactamundo" fraza iz 80-ih? V redu, samo pogledal sem. Zdi se, da je ta beseda postala priljubljena od Srečni dnevi, kot ga je uporabljal Fonz. Zanima me, ali se bo ta beseda vrnila.

Ali lahko razmagnete magnet?

Zdaj prehajamo na resnično vprašanje v središču te zadeve. Joyce poskuša razrešiti skrivnost – skrivnost padajočih magnetov. Je to sploh mogoče? Ali lahko iz magneta naredite nemagnet? Vsaj včasih je odgovor pritrdilen.

Začnimo z najpreprostejšim magnetom – namagniranim nohtom. Če vzamete en konec palice z magnetom in ga premaknete po dolžini nohta, se bo noht magnetiziral. OK, ni super močan magnet, ampak je dejanski magnet. Za nekatere kovine, kot so železo in nekatere različice jekla, obstajajo notranje regije, imenovane magnetne domene. To so deli kovine, ki delujejo kot drobni magneti. V nemagnetiziranem nohtu so te magnetne domene naključno razporejene in ustvarjajo zelo šibko magnetno polje. Magnetni žebelj ima domene, ki so poravnane za močnejše polje. Tu je diagram tako nemagniziranega kot namagniranega nohta. Drobne puščice predstavljajo magnetne domene.

Rhett Allain

Toda kako preiti iz magnetiziranega v nemagnetiziranega? Kratek odgovor je, da morate te domene "pretresti". Obstaja več načinov, kako to uresničiti. Lahko si vzamete žebelj in ga vroče – zelo vroče. V vročem nohtu toplotna nihanja naredijo domene nestabilne. Ko pustite, da se noht ohladi, se bodo končali po naključnem vzorcu z zelo malo magnetnega polja. Tudi domene lahko naključno naključite tako, da udarite v noht. Da, če ga udarite s kladivom, lahko tudi domene preusmerite v naključni vzorec.

Končno je še en način razmaščevanja nohta – s spreminjajočim se magnetnim poljem. Če imate nekaj podobnega kot solenoid, ki naredi magnetno polje skupaj s spreminjajočim se električnim tokom, dobite spreminjajoče se magnetno polje. Kadar je magnetiziran žebelj v spreminjajočem se magnetnem polju, lahko domene postanejo neskladne in tako nemagnetizirane. Ja, to dejansko deluje.

Da pa magnetni magneti magnetizirajo magnet, potrebujete dve stvari. Najprej potrebujete magnet z deformabilnimi domenami – kot železo ali jeklo. To ne bo delovalo z enim od teh čudovitih neodimskih magnetov. Tudi s temi keramičnimi magneti ne bo deloval. Drugič, potrebujete močno magnetno polje. To pomeni, da morate biti precej blizu solenoida, da to lahko deluje. Če želite povečati obseg, bi morali povečati tok – ampak ja, teoretično je to mogoče vsaj na neki ravni.

Pravzaprav lahko s telefonom merite jakost magnetnega polja. S telefonom sem skupaj s svojim velikim solenoidom uporabljal phyphox za razmaščevanje nekaterih nohtov. S tem sem ugotovil, da je magnetno polje padlo s 4 miliTesla na približno nič v samo 20 centimetrih. Če želite veliko polje, ki sega vse do majhnega mesta, boste potrebovali noro visoke električne tokove.

Kako izgledajo milijarde voltov električne energije?

Scott Clarke ni rekel, da boste potrebovali noro visoke električne tokove, ampak "milijard voltov električne energije." Kaj to pomeni? No, če govori o električni potencialni razliki v višini 1 milijarde voltov, je to precej veliko, ni pa nemogoče. Zelo visoke električne potenciale lahko dobite tako, da drgnete noge po tleh in naberete statični električni naboj. Ko vidite tisto drobno iskro v zraku iz električnega praznjenja, mora imeti napetost 3 milijone voltov na meter. To pomeni, da bi drobna iskra, dolga samo 1 milimeter, znašala 3000 voltov. Če želite 1 milijardo voltov, bi bilo to ogromno – iskrica dolga približno 1000 metrov.

Vendar je glavna točka, da napetost ni električni tok in napetosti ne povzročajo magnetnih polj brez električnih tokov. Če bi gospod Clarke želel opisati ogromen solenoid, bi najbrž uporabil enote vatov. Vata je enota moči, vendar je tudi produkt napetosti in toka električnega tokokroga. Če bi rekel, da bi potrebovali milijarde vatov, bi bilo to bolj smiselno. Kaj če bi rekel 1,21 "jiga" vatov? To bi bilo smešno.

Je to napaka ali funkcija?

Zdaj pa za pravo vprašanje. So bile napake Scotta Clarka del zaplete ali napake? Bi moral dajati nekaj razlag znanosti BS samo zato, da bi Joyce ohladil? Če je tako, sem s tem v redu. Mislim, Scott je navsezadnje povsem običajen človek. Vsi delamo napake. Mislimo, da nekaj razumemo, toda potem nam iz ust prihajajo nore stvari, ko jih poskušamo razložiti. To se zgodi.

Druga možnost je, da Neznane stvari pisatelji so želeli, da bi Scott vrgel nekaj resne znanosti. Če je temu tako, niso uspeli. Oh, ne skrbi. Še vedno je odlična oddaja. Pravzaprav niti ne zamerim, da obstajajo nekatere znanstvene napake. To je znanstvenofantastična oddaja in ne dokumentarec o elektromagnetnih poljih.

Vendar me moti ena stvar. V Neznane stvari Prva sezona je prizor, kjer otroci naredijo rezervoar za senzorično pomanjkanje, tako da dodajo vodo v vodo, tako da nekdo plava. Izračuni so bili presenetljivo natančni (vse podrobnosti pregledujem v tej starejši objavi). Zdi se jasno, da nekdo tam pozna neko znanost. Mogoče je šlo za znanstvenega svetovalca ali samo dobro razgledane pisce. Torej, zakaj velika napaka v tej sezoni? Biti mora del zapleta.

Oh, ampak če ne gre za namerno napako – tu sem, če potrebujete pomoč. Pokliči me.


Več odličnih Zgodovinskih zgodb