磁鐵爲什麼能吸鐵?它的能量從哪裡來?

龍抬頭1661


人們最早認識到有“磁性”就是從吸鐵石能吸鐵這個現象開始的。除此之外,還有一個常見現象,就是指南針(中國古代叫司南)。

地球本身可以看做是個大磁鐵,地磁南極位於地理北極附近,而地磁北極位於地理南極附近。

司南(或指南針)是個小磁鐵,所謂磁鐵,用物理的語言說就是一個磁偶極矩(一端N,另一端為S,N-S之間有個距離),磁性的一個基本知識就是我們迄今為止還沒有發現磁單極子(即單獨的N,或單獨的S),所有吸鐵石能吸鐵,和電現象裡,正電荷可以吸引負電荷是不一樣的。

地球本身是個大磁矩(大磁偶極矩),思南(小磁矩)放到地球表面,小磁矩會在地球這個大磁矩產生的磁場中運動。這裡的關鍵是磁偶極矩產生的磁場是非均勻的,大致來說,越靠近磁極,磁力線越密集(磁場越強),越遠離磁極,磁力線越稀疏(磁場越弱)。

一個小磁矩μ放到磁場B中的勢能是:

這個公式告訴我們小磁鐵首先會“順著”磁力線的方向排列,這就是指南針的物理原理,因為小磁針順著磁力線方向,能量最低。

其次磁矩在“非均勻”磁場中還會受力F:

這個公式意味著磁矩μ會順著磁力線的方向受到一個指向磁場更密集方向的力。換句話說小磁針會向著附近的磁極運動。


回到磁鐵會吸引鐵釘這個現象,磁鐵(大磁矩)有兩個磁極,鐵釘本身在沒有外加磁場的時候並沒有磁性,但當我們把鐵釘放到磁場裡的時候,鐵釘會發生磁化,鐵釘可以看做是很多磁疇的集合,每個磁疇本身可看做是個小磁矩,但這些磁矩的取向是雜亂無章的,當我們把鐵釘放到外磁場裡,這些磁疇有平行於外磁場排列的趨勢,於是鐵釘整體就具有了非零的磁矩。

左:有序排列的磁疇(有磁性);右:雜亂無章排列的磁疇(無磁性)。

被磁化,具有非零磁矩的鐵釘會在磁鐵產生的非均勻磁場中受力運動,被吸引向磁場更大的地方,即磁鐵的磁極處。

那麼鐵釘的能量是從哪兒來的呢,當然是從鐵釘(小磁矩)在磁鐵(大磁矩)磁場中的勢能來的,這個勢能會轉化為動能,使鐵釘撞在磁鐵的磁極上。


物理思維


答:磁鐵的能量來自於磁鐵本身,通過磁鐵激發的磁場來傳遞能量,並作用於磁場中的物體。




首先,我們需要明確兩個概念:

(1)磁場的本質是電磁場;

(2)電磁場是物質的一種;

既然是物質,就具有質量和動量;磁鐵激發出來的電磁場,同樣具有質量,該部分質量叫做“電磁質量”,用m(c)表示。


電磁場存在於磁鐵或者電荷周圍,與其中的物質發生相互作用,磁鐵的能量正是以該方式進行傳遞;能量的來源,就是磁鐵本身賦予的。



之所以磁鐵能吸引鐵塊,是因為磁鐵激發出來的電磁場,與鐵內部電子運動形成的微觀磁效應耦合,導致鐵塊會受到磁鐵的吸引作用。


好啦!我的答案就到這裡,喜歡我們答案的讀者朋友,記得點擊關注我們——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


就是勢能和動能之間轉化的關係。

我們知道地球有引力,地球上的我們都要收到引力的約束,那麼如果我要往高處爬,那麼我就需要一些能量,你向上爬,這個過程就是動能轉化為勢能的一個過程。磁鐵的磁力也是一樣,就像地球的引力一樣,兩塊磁鐵要相互離開就需要能量,你要花些能量掰開他們,這也是動能轉化為勢能的一個過程。

有些人要問了,兩個從來沒有接觸過的磁鐵為什麼會有能量讓兩個靠在一起,是不是違背了能量守恆定律?其實並沒有違背了能量守恆的定律,就像我們離開地球去靠近一顆遙遠的我們從來沒有去過的星球,此時地球引力對我們的影響已經忽略不計了,但是當我們和的距離達到一定時,我們就會被吸過去,雖然我們和這個星球從來沒有接觸過,但是我們在這個星球上同樣具有勢能,能說能量不守恆嗎?


瘋狂的小白biu


電磁力本身是一種場,場的本身帶有勢能,這些勢差帶來了力。

磁鐵釋放出的磁場本身帶有一定的勢能,只要磁性金屬在磁場中自然受到勢能帶來的力。

這些金屬被吸引過程中消耗的能量來自於磁場中的勢能差。(事實上,大部分基本力都是來自於勢能變化帶來的力,摩擦力屬於為數不多的非勢能力)

勢能的特點決定了這部分能量只與距離有關,受到的力也只與距離有關,沒有方向性。

反過來看,如果我們要將被磁鐵吸住的鐵塊取下來,那麼我們消耗的能量去哪裡了?實際上那些能量又被轉化成鐵塊在磁鐵磁場中的勢能了。

一個磁鐵磁場中的能量應該是有限的,目前沒有看到過一個可以無限吸引鐵塊的磁鐵。

也就是說,磁鐵磁場的能量來自於自身,但是當吸引的鐵塊足夠多之後,磁場的能量就會減弱,直到磁場只能作用與內部。


落葉的點綴721


答案可以非常簡單:物以類聚。磁鐵能夠吸引鐵、鐵能夠被磁鐵吸引都是一回事,相互作用而已。磁鐵具有磁場,這個磁場會對其影響範圍內的某些特定物質產生影響,使其具有和磁鐵同樣的磁性,但是磁性方向相反,從而在磁鐵和這種特定物質之間建立起來相互吸引的關係。這些特定的物質,一般是鐵、鈷、鎳等金屬或其化合物。這些金屬一般被稱為磁性金屬或磁性化合物。而除此之外的大部分物質,比方說黃金,鋁,銅等等,都不會受到磁場影響進而與磁鐵相互吸引,它們也被稱為磁中性物質。

第二個問題,答案並不一定要涉及能量。磁場產生了相互作用力,但並不一定涉及二者組成的系統的能量變化。只有在相互作用力之下,相互作用的物體發生了空間位置的移動,才能說這一對物體之間有了能量(的變化)。對於單獨的一塊磁鐵而言,如果不與其外的物質發生作用,談論其磁場帶來的能量幾乎是沒有意義的。


郭城3點14壹伍玖


百度了一下,覺得有種解釋還可以。說橡皮筋拉開再放開,那個能量從哪裡來?說是一種勢能,在拉開的時候就產積累這種勢能。但為什麼磁鐵能吸任意一塊鐵呢?就像把石頭拿起來扔到地面一樣,勢能是拿起來時累積的,但此時如果有一個引力更大的天體把這塊石頭吸到天上去了,這個勢能是哪裡來的呢?我覺得是自然存在的,就像所有鐵和某塊磁鐵之間也存在這種勢能一樣😄。一點愚見


矮毛兒


我認為磁鐵是一種能量存儲器,也就是我們常見的電池的高級變種。製造磁鐵時,能量轉化為磁力被存儲在磁鐵裡面,可以釋放,完全用盡以後可以用能量重新充磁。 只是我們還沒有去研發這個磁鐵電池的使用方法罷了。


道友請留步0o


實際上,根據人類目前科學水平,無法回答此問題,正如地球與其他星體為什麼會吸引其上面的所有物質一樣!這應該關係到物質微粒子的問題。有些人用什麼電磁場原理來解釋,其實這種解釋是錯誤的,為什麼磁鐵不吸銅鋁銻等金屬呢?難道磁鐵遇到這些物質就沒電磁場了嗎?隨著科學的發展,人類總有一天會搞清楚這個問題。

我的想法是,既然磁鐵對鐵有永久性的吸引性,那可不可以將其特性運用起來,造出永動機呢?



用戶創維


磁鐵能吸鐵,是因為有磁力。

能量是勢能,是由位置決定的。這和蘋果樹上的蘋果具有重力勢能一樣,越高的蘋果具有的勢能越大。

一個鐵釘被磁鐵吸引靠近,是釋放勢能做功,用力把它拉開,是機械能轉化為勢能,再靠近被吸引,再釋放勢能做功。磁鐵可以無限次吸引鐵釘,這裡能量不是來源於磁鐵,而是拉開鐵釘時在做功。


分享到:


相關文章: