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磁铁多次吸引铁片,磁体的原始能量降低了吗?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-01-11 09:02:59

当永磁体吸引现在附在它上面或靠近它的铁片时,系统的组合磁场就降低了。当你把铁块移回英菲尼迪时,原来的磁场就恢复了。为了全面理解,你需要从微观和宏观两个角度来看待这个问题。在回答你这个有趣的问题之前,我得就这个微观-宏观模型讲一段话。

磁铁多次吸引铁片,磁体的原始能量降低了吗

这个问题在电场中比较容易理解,因为单极子(+或-单电荷)确实存在。自然界中没有磁单极子。磁铁总是偶极的(北极和南极的合成物)。磁力线从一极出发,穿过空间,终止于另一极。这是宏观观点。从微观上看,磁性材料是由许许多多微小的偶极子组成的。经典的观点是认为一个原子有一个未配对的电子绕轴旋转。带负电荷的旋转电子会产生磁场。如果电子配对,另一个电子就会朝相反的方向旋转,并消除磁场,形成抗磁性材料。像铁这样的顺磁性材料有这种未配对的电子,可以产生磁场。然而,另一个因素也起了作用。典型的大块材料也有颗粒。如果磁性材料被加热和淬火,或者只是放在远离任何磁场的地方很长一段时间,单个微小磁铁的磁偶极子方向就会随机化。一块材料产生的净磁场为零,材料似乎没有磁场。然而,如果这样的材料暴露在磁铁上,施加的磁场就会在材料中产生磁场。单个偶极子与磁力线对齐,S侧有利于磁的N侧,反之亦然。现在,如果移除施加的磁场,两块材料可能会发生两种情况。如果它像铁,偶极子就会回到它们最初的随机状态,而整体材料就会退磁。如果材料是像钢或镍,材料内部的一些颗粒在暴露于施加的磁场中会永久地排列并保持它们的方向。这导致大块材料具有永久磁性。

磁铁多次吸引铁片,磁体的原始能量降低了吗

现在回答你的问题,假设有一块铁或一块铁刮胡刀,你带一块磁铁靠近它,然后释放这块铁。永磁体磁化铁片,使铁片变成临时偶极子。两个偶极子相互吸引,铁片被拉向永磁体。只要你在空间中把磁铁和铁块分开,就不会发生运动,也不会做功。然而,如果你把铁块放开,它就会在磁力的作用下向永磁体移动,并获得动能。本质上就是把磁势转化为动能。当铁块撞击磁铁的外部时,动能就会以热量的形式释放出来(如果碰撞剧烈,甚至可能会使两块铁块断裂)。这种能量不再以磁性形式存在,而散失为热或其他非弹性过程。如果你想把它们分开,你必须花费能量来恢复它们分开时的原始磁场。所以理解能量-功的关系是很直接的。但是场强本身呢?请注意相邻的两个偶极子的图解,它们要么是对齐的,要么是颠倒的。只要永磁体在空间中离得很远,它在空间中就有规则的磁力线。但是当你把第二个偶极子(尽管是暂时的诱导偶极子)带到它附近时,磁力线就会受到影响,第三个物体上的净磁力就会减少。如果你把一块铁完全粘在马蹄铁磁铁的两端,你实际上几乎把任何物体附近的磁力减小到零。这被称为分流(见上图),经常做,以保存马蹄磁铁时,他们储存了很长一段时间。分流使磁通量保持在闭合环内,并防止因机体外的感应而失去永磁体。

同样的事情也发生在将导电体靠近电单极子的模拟情况中。单极子在导电体中引起电荷分离,然后吸引它。反过来,导电体本质上屏蔽了电场,并减小了电场对该方向电荷的影响。
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