磁鐵為什麼能吸鐵?它的能量從哪裡來?

龍抬頭1661


到目前為止,人類只發現大自然存在四種力。

按照強弱排序分別是:強相互作用力,電磁力,弱力,以及引力。

強弱相互作用力作用在微觀粒子上,宏觀世界最常見的力就是引力和電磁力。

除了引力,其他三種力都有傳遞相互作用的傳播子。引力很特殊,目前還沒有找到引力子,但是可以通過時空彎曲解釋引力產生的本質。

平時我們看到的磁鐵可以隔空吸引鐵鎳鈷等物質。

那麼大家就會好奇,傳遞磁力的中介子是什麼?

磁力的本質也是電磁現象,並不可以隔空作用。

我們知道原子核外都繞著電子,電子可以自旋,同時也以電子雲的形成分佈在原子核外。

電子的自旋可以產生自旋磁矩,電子在原子核外運動也可以產生軌道磁矩。

這兩種磁矩加起來就會使原子呈現磁性。電子的自旋方向和軌道決定了磁矩的方向。

不過生活中大部分物體內的原子核外電子都是配對的,一個電子自旋為下,另一個就為上,所以自旋磁矩可以抵消。即便存在未配對電子,如原子無序排列,未配對電子們產生磁矩就會在微觀尺度下抵消,所以宏觀尺度上並不會表現出磁性。

如果一個物體內的原子存在未配對電子,並且排列有序,那麼電子自旋產生的磁矩就會疊加起來,在宏觀上就會體現出磁性。

磁鐵靠什麼傳遞力?

磁鐵的名稱雖然只有“磁”,但是它還有“電”的一方面,從微觀本質上來看,磁是電的體現,所以有磁現象必然有電現象。磁鐵是靠場傳遞的,而這種場是一種沒有質量的物質,這就是虛粒子。磁場是由虛光子組成的。但是有時候虛光子也具有質量,比如運動產生的相對論質量。

事實上,虛光子和光子並沒有明確的界限,有時候兩者就等價。可以理解磁場是通過無法用實物粒子來描述的虛光子來傳遞相互作用的。


科學認識論


磁鐵周圍存在磁場,磁場是一種特殊的物質,他把磁能存儲於磁場之中。而磁鐵吸鐵,就是因為鐵中也有小磁疇,可以很容易被磁場磁化吸引。磁鐵對鐵的吸引力,能量來源就是磁場。



一般情況下,有磁性的物質內部存在無數的磁距,這些磁距方向雜亂無章,相互抵消,從而使物質顯示不出來磁性。當通過外部磁場作用於此磁性物質時,外部磁場可以做功把磁性物質內部雜亂無章的磁距方向磁化為一致,從而使磁場疊加相互加強,最終使磁場外放。這就是磁鐵的誕生過程,磁鐵的磁場就存儲著磁能,可以通過磁力做功,有點類似於電場。



相信大家小時候都做過磁鐵的小實驗,就是用磁鐵在沙子裡面吸一些鐵碎末,然後放在一張紙上,磁鐵放下面,磁鐵移動小鐵屑門就跟著動,很是神奇。其實,這種作用力就是通過磁場實現的。


科學探秘頻道


就目前來看,在自然界中,一切力的作用歸根結底無外乎只有四種——引力、電磁力、強核力以及弱核力。磁鐵能夠吸鐵,這是電磁力在起作用。那麼,磁鐵和鐵之間為什麼可以產生電磁力呢?

這個問題需要從微觀角度來闡述。原子的組成有兩部分,一部分是帶正電荷的原子核,還有一部分是原子核外圍帶負電的電子。電子自旋會產生自旋磁矩,從而產生磁場。另一方面,原子核外的電子在軌道上運動還會產生軌道磁矩,這也會產生磁場。此外,原子核的自旋也有自旋磁矩,同樣也能產生磁場。

原子中的各種磁矩結合在一起產生一個總的原子磁矩,而原子磁矩的有序度決定了物質是否具有磁性。如果原子中的磁矩互相疊加,原子磁矩有序度高,這樣就會產生一個磁場,從而使物質具有磁性。這樣的物質就是我們所說的磁鐵,最常見的磁鐵主要是由四氧化三鐵組成。另一方面,如果原子中的磁矩互相抵消,原子磁矩無序排列,這樣無法產生磁場,物質也就沒有磁性。

在磁鐵產生的磁場的作用下,鐵的原子磁矩排列會從混亂變成有序,從而被磁化,併產生磁場。這樣磁鐵和鐵之間就能產生電磁力,所以磁鐵可以吸鐵。

而對於磁鐵無法吸引的其他物質,它們的原子磁矩在磁場作用下不會從混亂變成有序,這樣就無法產生磁場,所以它們無法與磁鐵通過電磁力而吸引在一起。


火星一號


這個要從微觀層次來看,因為電子的自旋特性(量子屬性)會產生自旋磁矩,同時電子在繞原子核運動會產生軌道磁矩,以上兩種可以統稱為原子磁矩。這些原子磁矩如果可以有序排列起來並且大小方向相同,那麼物質就可以表現出磁性。

表現出磁性就意味著磁場的存在,任何物質在磁場中都可以被磁化,只是程度大小不同。例如鐵就是較容易被磁化的物質,由於鐵原子的磁矩間存在著相互限制作用,使磁矩在一定範圍內更容易形成磁疇。

所以鐵這種物質被磁化的過程表現在磁疇之間的重新排列,會更容易一些。


磁鐵之所以可以吸引鐵而不能吸引木頭,以上就是主要原因,沒有產生磁疇。磁鐵吸引物質實際上就是磁化的過程,磁化後表現出不同的極,相互吸引。而有的物質不能被磁化或者磁化的程度不夠,就不能被吸引。


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科學黑洞


磁鐵有磁性,是因為磁鐵內部電子運轉的方向是一致的。如果沒有外力加入,它的電子將會一直有序地運轉。

如果你將磁鐵經過高溫灼燒,那麼電子的運轉順序會再次被打破,它的磁性就會衰弱。磁鐵為什麼只吸引鐵鎳鉻等有限的金屬呢?因為原子中的電子是有軌道的,有些原子的電子軌道比較單一,而有些原子的電子軌道多樣化。比如有的是相互垂直的兩種軌道,並且這兩種軌道必須同時存在(原因不再贅述)。

它的能量是怎樣產生的?其實這個問題只是對錯覺的一種表述。

磁鐵在那裡放著,它的磁場就會遍佈宇宙,只不過磁感線有疏有密。所有的能被磁化的金屬都在它的場裡,有個自身的勢能,沒有外力參與,他們彼此會達到一種平衡。越靠近磁鐵它的勢能就越大,這裡已經有了外力的參與。

也就是說它本身就有能量存在,你所看到的現象只是一種能量的轉換,比如勢能轉變成動能。

磁場是種值得繼續挖掘的神秘物,我們當前的認識還非常少。以我個人判斷,UFO飛行就是藉助於星球的場來飛行的,它的動力來自與電,操控來自於與UFO電磁場與星球場的吸引與排斥,我心中已有雛形。

希望不久將來磁場的應用被重視,更好地改善我們的生活!





探索幻想曲


磁性的本質是電磁力,磁鐵產生磁力是因為它在空間產生磁場,磁場越強,磁力越大。

磁鐵為什麼會有電磁力呢?這是因為這些磁體原子的內部結構比較特殊,有序排列,本身就具有磁矩。

磁性材料一旦被磁化,使其內部原子結構發生變化,從雜亂無章變得有序排列,形成很微小的晶格,這些晶格電子圍繞著某個軸心運動,形成了環形電流,就成了一個個微小的磁體,大量南北極相同小磁體構成了磁性較大的磁鐵。


磁鐵有天然磁鐵、人造磁鐵、電磁鐵之分。

天然磁鐵是由磁鐵礦中開採出來的,主要成分為四氧化三鐵(Fe3O4),是一種本身具有磁矩的礦物,原子形成等軸晶體,晶體呈八面體、十二面體。地球本身就具有強大的磁場,這些磁石埋在地底下,由於其特有的晶體特性,被地球這個大磁鐵所磁化,就成了永久磁鐵。

人造磁鐵是運用天然磁鐵的某些特性,選取相應的材料,製成各種形狀的磁性材料,然後讓其在磁場中磁化。在磁場中,磁性物體受到外磁場的作用,內部小磁體的方向排列趨於一致,就顯示出了磁性。

這些被磁化的磁性物體被撤去磁場後,內部排列能夠繼續保持下去,就成了一個人造磁鐵。由於人類掌握了磁性的本質,因此一些人造磁鐵比天然磁鐵還要穩定和強大。

電磁鐵是運用電磁轉換原理,人為製造出若干環行線圈,中間加上鐵棒。當通電時,就產生了磁場,斷電磁場就消失。中間的鐵棒是為了增加磁性,使電磁鐵更能穩固的吸取物體。

人類自從認識了磁力和電磁轉換的原理後,完全顛覆了這個世界,可以說現代的一切科學進展和社會生活都與電磁力息息相關。

我們現在使用的電力、能源、交通、航天、影視、醫療等等一切,都少不了電磁力的在其中的作用。

時空通訊觀點,歡迎點評討論。


時空通訊


剛學完材料物理來回答一下這個問題,都說是磁矩,可是什麼是磁矩都沒說清楚。

磁矩通俗一點說,一個磁性物質,要想表現出磁性要有NS極,也就是NS極整體不重合。在材料內部,有無數小磁矩,相當於無數NS不重合的小單元。如果這些NS極小單元整體沒有相互抵消,就會出現磁性。

可是為什麼會有NS小單元?

以鐵為例,鐵在沒有外磁場的作用下沒有磁性。鐵的內部有NS小磁矩。下面是鐵的電子排布式,和軌道式。可以看出鐵的3d軌道上有四個單電子,而其它都是一對電子,一對電子的自旋磁動量相反,也就不表現磁性。而那四個單電子的磁動量沒有電子和它相互抵消,於是原子內部產生磁矩。

在外加磁場的作用下,NS小單元會沿著磁場方向有序排列,這樣的話,NS小磁矩在材料內部就N在這頭,S在那頭。就表現出磁性。



還是辣條好吃


問題中隱藏了一個問題,“能量從哪裡來”。

磁鐵吸鐵,磁鐵周圍有磁場,鐵的內部磁極有柔性。

於是鐵可以順應磁場改變整侍磁極表現,不論是哪個磁極接近鐵,都會產生吸力。

“力”並非“能量”,這是兩個概念,磁場只是改變了鐵的內部排序,或者鐵本身的內部柔性順應了磁場,同時自身也產生相應的磁場來互相作用,這只是狀態變化,並沒有產生能量,也沒有消耗能量。

別看是個簡單的科普知識,它背後隱藏著一個大秘密,就是:

玄學上講的,心性的柔順、應時化運,到底需要多大“能量”才能保持時時處處的中、正、衝、和?

答案是,不需要能量,不需要消耗任何額外的東西。

所以很多人迷惑,“端著架子做人”,成天講道德的,到底累不累?

我還奇怪呢,自然狀態,怎麼會累呢?


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看了一下回答,能沾上邊的有,正解的沒有。

1,磁鐵能吸鐵,這是從鐵磁材料具有的性質決定的。

2,自然界,不同的物質,同一物質不同物理條件下展現出不同的性質,這是我們這個世界具有豐富多彩的特性。

3,磁鐵散發磁場,鐵處在磁場中被磁化而對磁鐵產生吸引力,這是磁鐵能吸鐵的一般認知。就如同重力作用。

4,能量是種力量,物體之所以成為現有狀況是物體內外能量作用的結果。通常討論的能量是指能量對外作用於某一物體的結果,也就是說討論2個或更多物體之間的能量作用。

5,2個物體之間發生能量轉移轉化,即2個物體之間存在相互作用,也就是存在力,有力的作用,這個可以通過動能定理來確定或通過輻射能量從高階走向低階,溫度從高向低輻射。

6,能量因物體之間的相互作用而釋放,也就說單一討論某物體的能量,沒有任何意義,能量是物體之間相互作用而釋放出來,也就是因力而釋放,沒有力,物體彼此沒能量。

7,水力風力發電符合以上情況,燃燒獲能,內燃機發電也是。

8,回到題目,能量來自磁力做功,遵循的是動能定理,就象重力場下重力做功一樣。

9,細究能量為什麼是這樣的?是無解的,正如磁力重力為什麼是這樣的?一樣,只要明白他們符合什麼條件就怎樣產生即可。

10,單獨討論一塊磁鐵有多少能量是沒意義的。

11,題外話,科普對第-類永動機的解釋還沒看到解釋到位的,其實根據機械能守恆,在一個轉動週期內,外力也就重力做功為零,保守力沿路徑積分為零,何況任何運動本身還會產生阻力。


擁抱吉祥952


磁鐵可以吸鐵,本質是因為鐵被磁化了,所以可以吸引。

在日常生活中,基本上大部分的物品都可以被磁化,擁有一丁點兒的磁性,而像鐵、鎳這樣的金屬更具有這種特性。

在沒有外部磁場加持的時候,鐵磁性材料內部會形成一個個獨立的磁疇,這些都是自發磁化的小區域,如同下圖所示,可以看出磁疇的方向沒有統一,它們都是無序的,所以呢,對外界不顯示磁性,相互被抵消了。

但是在有外部磁場的加持下,比如磁鐵,這樣鐵磁性物質內部的各個小磁疇的方向就被統一了,被磁化形成了兩極,所以對外界才產生出了磁性。

所以,磁鐵才能夠吸鐵,而不能夠吸塑料。

個人淺見,歡迎指正!


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