磁铁可以工作吗?

在高中物理中,我们得知磁力不工作。但是为什么条形磁铁粘在一起。我们的手感觉力量和他们真的朝这个方向。似乎一些工作完成。
- PChan(22岁)
香港

我爱这个问题,一定程度上是因为几年前我和杰出的朋友和同事Sid内格尔花了几个小时讨论,没有想到会有或多或少地发布讨论的机会。

(然后几年后汤姆lemberg从俄亥俄州立大学找到了一个基本的错误——这是现在固定了。)

让我们答案分解成两部分:(容易)量子和微妙的经典案例。

首先,粒子如电子、质子、中子,甚至本身就是小磁铁,每个国家都有一个固定大小的磁矩。有一个术语能量成正比μ_^。B点积的磁矩和领域。这个词取决于位置,B取决于位置。所以它的作用就像任何其他潜在的能量项,和负责的工作。换句话说,如果您删除一个本质上的磁粉到一个领域,这个领域确实工作。因为很多普通的永久磁铁的磁性来源于这个固有自旋磁电子,有很多普通的普通工作由两个磁铁磁性拉或推。程度,你的学校教会你错了。

第二,然而,他们有理由说他们说什么。如果你看看经典带电粒子(没有内在磁性)移动磁场,磁场不直接工作。你知道,因为力成正比vXB,在那里v粒子速度。这个向量叉积总是在直角v,所以F_^。v= 0,即粒子没有完成工作。

好的,这是非常有趣的地方。我们知道,你可以从一个普通的有磁矩电流绕一个循环,它可以被拉到一个磁场只是一些永久磁铁的方式。工作被完成。这不是由磁场吗?和没有我们只是表明,不能发生呢?

我应该把一些画在这里,但同时这里的话。说,磁场(从任何来源)指向主要在z方向,但随着z走软,即在xy平面径向扩散。这只是标准的领域从电磁或圆柱形条形磁铁与z轴。你有一个导体环对称排列在z轴与回路电流运行。假设这是一个很好的导体,所以目前不只是运行在我们感兴趣的时候,但不是一个超导体所以我们可以暂时不用担心量子效应。

假设电流的方向是这样的循环拉到更强的领域的一部分。的原因,现场附近z可以更强的来源正是在xy平面传播领域。所以有点径向磁场。把积与切向电子速度,得到一个力- z方向的电子电流。当前的直角,所以仍然没有工作。但是不能离开电子线。他们反弹底部(low-z)方面,传授动力线,即施加的力。只要线开始移动,这个力(- z方向)是沿着线的运动,所以它的工作。电线上的电子工作,无论(非磁性)力使他们反弹的表面线和呆在室内。

发生了什么电子的能量?他们现在所有的移动平均- z方向,电线。驱动一个磁力(同样的径向部分B),减缓了切向电流。能量从移动电子流入的整体运动。磁场的原因,没有做任何工作直接在电子。

然而,从磁场能量流动到运动的循环,因为总磁场能量μ_^。B,减少循环被拽入螺线管。这是关键。随着循环开始移动磁场,它使得移动,即。它的变化。但一个变化的磁场总是伴随着一个电场,一个“电动势”。,EMF做做电子工作。它延伸到电磁阀和电磁驱动电流变化,改变了螺线管的磁场。让另一个EMF可以工作在电子循环。净能量流是这样的:

电场磁场- - > - - >载流子(电子)——>机械运动。

迈克·W。

(发表在05/18/2011)

磁场/力可以在载流回路工作吗?也许它可能工作,但间接地吗?或工作的主要原因是磁力/字段在一个循环,因为它将费用?没有意义我磁场/力不工作在一个循环的导线载流,像电动机更简化的……我知道作为一个磁场/部队不工作在一个带电粒子……但通过导体粒子运动创造了一个电偶极子,因此B字段可能做的工作吗?谢谢!
- Miyze(20岁)
科罗拉多州

碰巧,我们之前已经回答了这个问题,但这可能是很难找到。我已经标记为后续。

迈克·W。

(发表在08/06/2012)

对不起,我不明白你的回答。你能解释得更清晰明白的。感谢和别的东西:当一个磁废旧汽车起重机升降机的尸体,是做什么工作?
-阿里(20岁)
伊朗

这是一个短的总结论点。

1。对于大多数磁性材料,包括铁、本质上的磁性很大程度上来自于电子自旋磁——它不是来自电流。通常说的磁场不工作在这种情况下是错误的。

2。当所有的磁性来源于古典电流、磁场不直接在工作电流。然而,通过转向新的方向的电子可以导致反弹的事情和工作。一旦当前携带循环开始,他们创建工作在电流的电场。磁场的能量流动电流的电场和机械运动。

关于起重机,在很多地方工作完成机械能从机器的一个部分传送到另一台。可能你问关于实际的磁铁和汽车。汽车是由钢铁、磁性来自对齐电子自旋。磁铁只是工作,如我们的观点(1)。

迈克·W。

(发表在12/24/2012)

我也是从你的解释正确的结论,对于当前循环在磁场中,能量进入导体的运动最初来自任何力是推动当前?
——丹尼尔(18岁)
比利时

这就是我写的不正确的原始版本。可以一定程度上真正取决于维持电流以及他们如何改变循环移动,但大术语只是净磁场能量变化的磁铁移动。

迈克·W。

(发表在10/20/2015)

我在这里找到你的解释很有帮助;这些都是我一直思考的问题。然而,我怀疑你的论点在电子“本质上磁”,因此受到磁场的直接的工作,是有缺陷的。我引用一个脚注的经典教科书上电磁大卫•格里菲斯(好奇的读者会发现,在6.1.3章):[在引用外部磁场的应用增加一个电子的轨道角动量的]“我早些时候说,磁场不工作,无法加速粒子。我坚持。然而,变化的磁场产生电场,后者是加速电子在这个实例中。”这一点,考虑磁铁的起重车必须修改,不是吗?它是可能的行为让磁铁靠近最终提升汽车的汽车,因为它诱发电场能工作吗?
-汉斯(24岁)
卑尔根

格里菲思指的是轨道贡献角动量和磁矩。这是不同于内在自旋我们所指的贡献。我儿子上学期教的格里菲斯,发现有些刺激,因为它忽略了旋转。这有点奇怪,因为格里菲思也有一个很好的量子文本,但我们都有自己的怪癖。

迈克·W。

(发表在01/21/2016)

一个疑问依然存在。假设我们有两种情况。首先,有一个电磁铁拉载流回路,第二个永久磁铁拉载流回路。在第一种情况下,当你解释了磁场只是充当调解人。真正的(工作)是由电池提供能量。电池会放电的循环了。但谁需要这个地方的永久磁铁的电池,以防吗?谁是真正的能源?
- Riddhi(24岁)
特拉华州纽瓦克,美国

我最初写的不对。能源看起来像有一个术语的点积的磁矩和磁场固有自旋力矩或时刻形成循环电流。循环拉向磁铁,势能降低。所以类型的磁铁可以做一些机械运动的能量供应。为纯粹的古典电流、磁场能量的路径运动经过电场,由于磁场不古典移动工作费用。

大的实际区别永久磁铁和电磁铁,电磁铁跑下来当能量趋于只是加热导线的电流。所以其领域能源必须防止被再次一些电源,e . g。一个大电池。

迈克·W。

(发表在10/24/2016)