03.08 磁力做的功从哪里来?

simon0813



磁力势能是指在磁场的作用下,物体会有向磁场能小的区域运动的趋势,所具有的能量。

但是磁场并不是一种保守场,所以磁力势能和通常意义上的势能又有所区别,磁力势能既可以是位置坐标的函数,同时也是时间的函数。

假设存在一个理想情况下的无电阻通电线圈,由于有电流的存在,从而会产生磁场。

此时,若是我们拿一个铁块去靠近,那么这个铁块会被磁场给磁化,获得了一个初速度。

而此时由于原来的磁场的磁通量由于铁块的加速运动从而发生变化,这种变化会在线圈内同样产生一个电场,但是会和原来的电场方向相反。

由于线圈中这个相反的电场,其中的电子运动就会受到影响而减速,也就是说在这个过程,电子损失了动能。

电子速度减小也会导致线圈产生的磁场强度减小。

所以整体结果就是,线圈吸引了被磁化的铁块,但是内部的电子运动受到削弱减速,动能减小,而内部电子减少的动能就转移到了铁块的动能增加。


综上所述,磁力做功,实际上来源于本身的磁场势能的减弱,更本质上来说就是核外电子的动能损失。


汪键是个大胖子


大家很好奇,磁力是从哪来的呢?磁力做的功又是从哪来的呢?相信很多小伙伴都有这种疑问,在此为大家科普一下,希望对你有所帮助。

一.地球本身就是个大磁场

地球本身就是个大磁场,对于这点,我想大家不会怀疑。不过地球的磁场是怎样运转的,相信,大家还是感兴趣的。

那么我们的地球是怎样的产生磁场的呢?

其实,我们的地球是分层的:地壳,地幔和地心。为什么要讲一讲分层的问题呢?这一分层,问题就出来了。说白了,地球就好比一枚鸡蛋,这样比较容易理解。蛋壳就相当于地壳,蛋清就相当于地幔,蛋黄就相当于地心。地壳在这里就不多说了,地幔可不消停,里面充满了液态的岩浆温度可高达1300多度,越往地心温度越高。刚才我们说地幔是液态的,时刻流动的,在地壳与地心之间形成回流。当然专业术语这里就不介绍了,只要知道地幔时刻流动的就可以了。

接下来就是地心了。

地心可厉害了,是有铁元素组成的球体,由于比重大,与地幔不是融合在一起的,这点很重要。地心也就是地核,地核温度在4000-6800℃之间。外核主要是由液态或者熔融状态的铁,镍,硅等组织构成的。而内核因为横波存在,被认为是固态的。整个地核占地球质量的31.5%

由于地球的公转和自转,地幔与地核的运动差,更主要的是地心中有铁,镍,硅等元素,这样便产生了地球的磁场。

二.磁铁的主要成分

我们都知道磁铁能吸引铁。那么磁铁的主要成分是什么呢?

磁铁不是人发明的,是天然的磁铁矿。古希腊人和中国人发现自然界中有种天然磁化的石头。

磁铁矿的主要成分为Fe3O4,晶体属等轴晶系的氧化物矿物,晶体常呈八面体和菱形十二面体、集合体呈粒状或块状。完好单晶形呈八面体或菱形十二面体,呈菱形十二面体时,菱形面上常有平行该晶面长对角线方向的条纹。集合体为致密块状或粒状。

这种石头可以魔术般的吸起小块的铁片,而且在随意摆动后总是指向同一方向。早期的航海者把这种磁铁作为其最早的指南针在海上来辨别方向。最早发现及使用磁铁的应该是中国人,也就是利用磁铁制作“指南针”,是中国四大发明之一。

问题来了,磁铁为什么能吸引铁呢?

这就要好好研究一下磁铁的内部结构了。

三.磁铁的内部结构及为什么产生磁场

铁一类的“铁磁性物质”的内部有特殊结构。原来铁磁性物质内部是由无数个极其微小的“小磁铁”组成的。这些小磁铁可以自由转动,平时它们的方向杂乱无章,磁性相互抵消,整个物体不显磁性。一旦它们与磁铁相遇,铁磁性物质内部的“小磁铁”重新排序,方向相同,磁性互相叠加,于是使铁磁性物质显示宏观磁性。

我们知道常见物质几乎都由原子组成;

核外电子绕着原子核运动于是运动电荷产生磁场,有些物质就会出现单个原子净磁矩不为零的情况

一般情况下,物质内部磁矩排列不规律,导致物质整体的磁矩为零;

但是对于铁磁性物质,相邻原子之间会发生相互作用,然后许多相邻原子组成“磁畴”,每个磁畴从几微米到几毫米不等,就如一个一个的小磁针;

这些大大小小的磁畴,在无外力作用下方向随机,整体不显磁性;一旦有外部磁场存在,这些磁畴就好像受到命令一般,磁矩偏向于同一方向,然后整体显磁性,被磁铁吸引;

当外部磁场撤除后,部分磁畴的磁矩方向有可能无法还原,于是整体显现出微弱的磁性,于是我们说铁被磁化了;

当铁磁性物质被加热后,分子的热运动变得剧烈,当热运动的动能大于相邻原子间的作用能时,铁磁性物质就会转变为顺磁性物质,此时对外部磁场的反应弱,表现为不再被磁铁吸引,这个临界温度称之为“居里点”,也就是我们说的“消磁”了。

四.既然知道了磁力来源于原子核外电子的作用,磁与电就分不开了

很明显,磁力线本身就是原子核外电子运动的结果。那么,磁与电就分不开了。

小结:简单地说,磁力的本质是原子中电子的作用,也就是说,我们如果不断地切割这些磁力线,我们就会额外地得到电子,这就是切割磁力线发电的基本原理。

就是说,磁力的功来自于磁场中的电子。


任哥论道


这是一个磁能和机械能相互转化的过程(具体在大学电磁学有详细介绍)。

简单说,两块磁体相吸引时,磁势能转化为磁体的动能(两块磁体碰撞在一起时,动能一部分转化为热能被两块磁体和空气吸收,一部分通过振动传递到到空气中)。

磁体对磁体做功的能量来自磁能,磁能减少,机械能增加。当我们用力把两块磁体分开时,磁能增加,增加的能量来自我们对磁体做的功。整个过程是遵循能量守恒定律的。


刘浩东


磁力做的功是从外部来的,外部的能量通过磁力做功,付合能量守恒定律,磁力本身设有能量,磁铁吸铁,做了少许一次性功,是磁铁制造时给与的。一块永久磁铁料,充磁前和充磁后,比热设有多大改变,永久磁铁不含有特别磁能,磁力不是能量。


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