磁铁的磁力为什么不会消失?它的能量到底来自哪里?
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要想搞清楚这种问题 , 就需要明白一点:电和磁其实是一体的 , 是一回事 , 就像质量和能量之间的关系一样 。
通俗理解 , 电能产生磁 , 磁也还能产生电 , 两者就像一枚硬币的两个面一样 , 关系非常密切 。 这也是为什么会有电磁场的概念 。
发电机(马达)里面都有很大的一块磁铁 , 这样当里面的电线切割磁场时就会产生电 。
产生的电能其实就是机械能转化来的 , 能量是守恒的 。 但前提必须是带磁性的物体才行 , 拿一个木棍在磁场中运动肯定不会有电流产生 。 反过来 , 当有电流在电线圈内运动时 , 也会产生磁场 。
明白了这点 , 才能更好地理解磁铁的磁场到底来自哪里 , 还有能量的问题 。
首先 , 我们需要从微观领域去理解 。 原子模型中 , 电子在原子核外运动 , 很多人理解为就像地球围绕太阳运动那样 , 其实这种理解是不严谨的 , 之所以很多示意图中会把原子结构比作太阳系结构 , 目的就是为了更通俗地理解原子结构 , 其实并不严谨 。
其实磁场的根源在于电子的自旋 , 电子带电 , 自旋的时候就会产生磁性 , 这才是磁铁带有磁性的根本所在 。
所以 , 只要电子不停止自旋 , 磁铁的磁性就会一直存在 。
有人肯定会接着问:电子为何会自旋?或者说电子自旋的能量来自哪里?
只能给你一个“不讲理”的回答了:自旋是电子的内在秉性 , 基本属性 , 或者说在宇宙大爆炸的一瞬间就决定了电子具有自旋属性 。
更突出的问题不在于电子为何有自旋 , 而在于“物质都有电子 , 为何被的物体没有磁性呢?”
还有就是 , 磁铁的磁性也不是永久的 , 在被加热后会失去磁场 , 冷却后又会恢复磁性 , 为何会这样?
【磁铁的磁力为什么不会消失?它的能量到底来自哪里?】
虽然万物之中都有电子 , 但大多数物质并没有表现出磁性 , 只有少数物质具有磁性 。 因为在大多数物体中 , 电子都是成对出现的 。 在量子学领域 , 存在着“泡利不相容原理” , 说白了成对出现的电子自旋方向必须相反 。
自旋方向相反 , 产生的磁性就会抵消为零 , 如此一来 , 大多数物体就不会表现出磁性 。
我们经常看到的磁铁是一个特例 , 因为铁有四个电子是不成对出现的 , 如此一来这些电子就会形成磁场 。
简单讲 , 每个铁原子都是一个小磁铁 。 不过这小小磁铁的排列通常都很混乱 , 结果就是铁的磁场相互抵消 , 所以普通的铁是没有磁性的 。
但是在经过磁化之后 , 就具有磁性了 。
比如说 , 把一块铁放置在磁场中 , 一段时间过后 , 之前混乱排列的小磁铁就会变得有规律 , 形成磁场 。 而且即使撤掉磁场之后 , 铁的磁性仍旧能保留下来 , 这就是磁铁 。
之所以加热可能会导致磁铁磁性消失 , 原因也很简单 , 因为磁铁受热之后 , 会导致原子加速振动 , 这就破坏了原有的有序排列 , 让小磁铁的方向变得混乱 , 如此一来磁性就消失了!
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