¿Por qué la dirección del campo magnético del polo sur al polo norte está dentro de un imán?

En la naturaleza, todavía no se ha descubierto ningún monopolo magnético. Todos los imanes que tenemos son creados por cierto tipo de corriente (como el giro de un electrón). Así, el prototipo de un imán es un solenoide .

Ahora, hay muchas formas de argumentar la dirección del campo magnético en el solenoide. Si tomó física introductoria antes, use Biot-Savart . De lo contrario, la forma más intuitiva probablemente sea asumir que el campo magnético debe ser suave (esto se basa en la suposición de que no hay monopolo magnético). El polo norte se define como donde sale el campo magnético. Debido a la suposición de suavidad, incluso cuando ingresa un poco al solenoide (desde el polo norte), la dirección del campo magnético debe ser la misma, que ahora "apunta hacia el polo norte". Por lo tanto, debe estar apuntando desde el polo sur al polo norte en el interior.

Tome una gran cantidad de imanes pequeños, todos apuntando en la misma dirección, y péguelos. Obtienes algo como:

Este es un modelo bastante bueno para un imán de barra típico. Los pequeños imanes individuales son átomos individuales. Ahora coloque su polo norte hipotético dentro de este imán más grande y podrá ver en qué dirección está siendo empujado.

Hasta ahora cité una imagen que también se menciona en la respuesta de HolgerFiedler. Pero me gustaría llevar esto un poco más allá.

La siguiente pregunta podría ser, 'pero ¿qué pasa con esos pequeños imanes, qué hay dentro de ellos?' La respuesta a esta pregunta es que el magnetismo de los átomos individuales es causado en parte por el magnetismo intrínseco que tienen partículas como los electrones, y en parte por las corrientes en el átomo, asociadas con la carga del electrón y su movimiento. Ambos requieren una descripción física cuántica, pero ambos respetan las ecuaciones del electromagnetismo clásico llamadas ecuaciones de Maxwell y, en última instancia, esto te permite saber que las líneas de campo magnético$\bf B$Siempre formará bucles continuos, nunca llegará a detenerse oa comenzar. En el caso de un solo electrón, los bucles llegan hasta el propio electrón. Puede imaginar que el electrón se extiende un poco debido a que su función de onda no es perfectamente puntual, y luego el magnetismo del electrón también es como la imagen que se muestra arriba; es decir, es como un montón de diminutos imanes que se extienden continuamente uno al lado del otro. Cuando el electrón también se mueve, como en los bucles de corriente que se encuentran dentro de los átomos, esto agrega una contribución adicional que puede modelarse como un solenoide.

Lejos de cualquier explicación científica, quiero dar una respuesta fácil de entender. Cada imán es un cuerpo y tiene un "adentro" y un "afuera". Dos imanes que se influyen mutuamente a través de sus regiones exteriores.

Primero sobre el "exterior". Si fuiste el primero porque enterarte de eso

• cualquier imán tiene un eje que será alineado por otro imán y
• un extremo del eje será atraído por el otro imán mientras que el otro extremo será más fuerte derogado

tendrías la elección y el derecho de llamar a los dos polos como quieras: Norte y Sur, Rojo y Negro, .... Y tienes la obligación de encontrar un método para que todas las demás personas interesadas identifiquen los polos de sus imanes. de la misma manera nombras los polos. Para los imanes esto es fácil porque la tierra tiene su propio campo magnético y para la aguja de una brújula es fácil definir un polo norte y un polo sur.

¿Por qué te digo esto? Porque a veces los profesores intentan decirte que los polos no existen en absoluto y esto es justificable para comprender un poco los imanes.

Ahora sobre el "adentro". Un imán permanente está hecho de átomos con electrones alineados y estos electrones alineados son la razón por la que un cuerpo es un imán permanente. Los electrones tienen la propiedad intrínseca (existen independientemente de las influencias externas) de un momento dipolar magnético, son pequeños imanes. En los imanes permanentes, la alineación de los electrones involucrados es un proceso de autosujeción.

Ahora imagina que tienes muchos imanes de barra. Los unes y lo que obtienes es un buen modelo de lo que sucede dentro de cualquier imán permanente.

Por cierto, los imanes tienen una saturación y si busca imágenes donde las virutas de hierro muestren las líneas de campo, verá que comienzan y terminan no solo en los extremos planos de la barra magnética. Los polos norte y sur son direcciones y no sin ambigüedad en sus extensiones.